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美国当地时间2009年10月28日上午11时30分,佛罗里达肯尼迪航天中心,美国航宇局(NASA)的“战神1-X”火箭咆哮着发射升空。它是人类有史以来威力最大的火箭之一。
2009年11月份《时代》杂志发布全年“50项最佳发明”“战神1号”火箭荣登榜首。“战神1-X”是美国正在实施的“星座计划”的一部分,目的是为研制两种新型运载火箭——“战神1号”和“战神5号”获取技术数据,提高“战神1号”火箭的设计水平和性能。
“星座计划”的主要内容是研制“战神1号”和“战神5号”运载火箭以及“猎户座”载人飞船。其中,“战神1号”也称“乘员运载火箭”,主要用于发射“猎户座”飞船,能够把最大质量为25吨的有效载荷送入近地轨道。航天飞机退役后,“战神1号”和“猎户座”飞船将替代航天飞机执行空间站任务,未来还将执行载人月球探测任务。
试验目标:采集数据
“战神1-x”飞行试验的目标是,演示验证“战神1号”火箭关键技术,为提高“战神1号”火箭的设计采集技术数据。主要技术目标包括:验证运载火箭在相似动力学条件下的可控性;验证火箭的装配性能和可回收性;验证用于回收第一级助推器的降落伞的性能以及第一级助推器的返回程序;确定火箭飞行过程中的滚转特性;验证火箭的一、二级分离技术。
在本次飞行试验过程中,NASA利用700多个高清晰传感器搜集了“战神1-X”试验火箭飞行过程中产生的大量数据。并将利用测得的数据对“战神1号”火箭的设计进行优化和改进,消除各种不确定性,提高火箭的设计性能。
试验用火箭:战神1-X
“战神1-X”是“战神1号”运载火箭近似1:1的空气动力学模型,高度约100米,起飞质量816吨,最大推力1360吨,最大加速度2.48g,最大飞行速度:M4.76。
“战神1-X”火箭是二级火箭,本次飞行试验主要测试火箭第一级的性能。第一级采用航天飞机的4段固体助推器,同时加装一段模型作为第五段。
火箭第二级(即上面级)以及有效载荷——乘员舱和救生逃逸系统均为模拟裟置,从而使“战神1-X”达到满负荷火箭的质量。
飞行过程:全程不过2分多钟
“战神1-×”试验火箭发射升空约2分钟后,飞行至距地面约39.62千米处,其第一级与第二级发生分离。随后按照预定计划,前者在降落伞的协助下落人大西洋(但三个降落伞中的一个发生故障,致使第一级坠入海洋后出现很大凹陷);第二级和模拟载荷在内的火箭其余部分在不受控状态下飞行至距地面45.72千米处后坠入大西洋。
后续试验:还需两次试验飞行
按照试验计划,在“战神1号”运载火箭首次载人飞行之前,共需要进行三次试验火箭的飞行试验,分别在2009年10月、2014年和2015年进行(表1)。
按计划,NASA实施的第二次试验飞行将在2014年进行,采用“战神1-Y”试验火箭。第二次试验飞行将演示验证多种系统,包括五段式重复使用固体助推器、飞行控制系统、采用J-2X发动机的低温上面级、接近最终状态的电子设备系统等。
第三次试验飞行将于2015年进行,采用“战神1号”运载火箭和猎户座1飞船,届时将把不载人的猎户座飞船送人低地球轨道。
简要分析:取得突破和争取支持
“战神1-x”试验火箭是21世纪美国载人运载火箭计划的第一次试验。美国NASA将这次成功的试验称为“新时代的首次飞行”(The First Flight of a new era),反映了这次飞行试验对NASA的重要意义。航天飞机退役后,“战神1号”将是美国唯一的载人航天运载器,它对于美国未来的空间站任务和“重返月球”计划至关重要,关系着美国未来的载人航天计划。此次试验飞行成功,标志着美国在研制“战神1号”运载火箭方面迈出了重要的一步。
根据布什政府制定的“星座计划”,美国的航天飞机将于2010年全部退役,“战神1号”火箭和猎户座飞船最早于2015年接替航天飞机开展载人航天活动。奥巴马政府上台后,鉴于经费的考虑,奥巴马于2009年5月指派奥古斯丁领导的委员会对“星座计划”进行重新评估,以确定是否按原计划继续实施“战神1号”的研制。10月22日,奥古斯丁委员会公布了评审报告——《寻求一个大国应有的载人航天计划》,提出美国载人航天计划的五种选项,并认为NASA应考虑采用商业运载器来帮助实现目标,甚至取消“战神1号”火箭。
此次“战神1-X”的成功飞行证明了战神火箭研制计划在技术方面的可行性和成熟度,这有助于争取奥巴马政府对“战神1号”计划的支持。但星座计划以及战神1号火箭的命运如何还要等待最终抉择。
相关链接
“战神1号”和“战神5号”运载火箭基本情况
运载能力与用途
战神1号运载火箭低地球轨道运载能力为25吨,主要用来发射猎户座乘员探测飞行器。
战神5号运载火箭低地球轨道运载能力近160吨,用于将登月器发射至近地轨道并为猎户座探测飞行器与登月器对接后飞往月球提供动力。
火箭的构型及飞行过程
两种火箭均为两级火箭
战神1火箭高度约94米,第一级为可重复使用的航天飞机固体助推火箭。第二级使用液氢,液氧推进剂,采用J-2X发动机(土星5号上面级发动机)。
战神5火箭高度约116米,第一级构型为在现有航天飞机的外贮箱下配置6台RS-68液氢/液氧发动机,并捆绑两台航天飞机固体助推火箭;上面级也使用J-2X发动机。
执行登月任务的过程
战神5号携带登月器发射升空,2台固体助推器工作约132秒后与火箭分离,芯级完成工作后与火箭分离,抛掉整流罩,地球飞离级第一次点火,登月器与地球飞离级进入300千米近地轨道。
战神1号运载火箭携带猎户座和航天员发射升空,一级固体助推器完成工作后与火箭分离,使火箭达到61千米的高度,二级液体火箭点火,将猎户座飞船送入近地轨道。
在近地轨道上,飞船与登月器和地球飞离级对接,地球飞离级第二次点火工作,使猎户座与登月器飞离地球轨道,进入奔月轨道,开始奔月飞行。
火箭技术特点
两种火箭采取人、货分离的方式共同完成奔月任务,与阿波罗计划采用一枚火箭发射飞船和登月器相比,可以发射更大的登月飞船,运送更多的航天员并提高了安全性。
火箭构型中大量采用现有航天飞机的部件和成熟技术,包括航天飞机固体火箭助推器和改进的外贮箱,用于芯级的是德尔他4火箭公用芯级发动机RS-68。用于上面级的是土星5J-2发动机的改进型J-2X。通过采用成熟技术,可以降低成本,提高可靠性。
研制进展
2007年NASA与普惠一洛克达因公司签署价值12亿美元的合同,将设计、研制、试验以及评估J-2X发动机。合同包含地面发动机和试飞发动机。此外,NASA还授予波音公司合同,为战神1乘员运载火箭生产上面级。该上面级可为战神1火箭进入低地轨道的二次上升提供所需的导航、制导、控制与推进。NASA还成功进行了战神火箭主降落伞的降落试验。
2008年9月,NASA战神1运载火箭通过设计评审。12月,战神5火箭研制时间表公布,将于2010年完成方案设计评审,2018年6月进行首次低地球轨道试验飞行,2019年12月执行首次月球任务。
2009年,成功进行了战神1号火箭的第一次飞行试验。
2009年11月份《时代》杂志发布全年“50项最佳发明”“战神1号”火箭荣登榜首。“战神1-X”是美国正在实施的“星座计划”的一部分,目的是为研制两种新型运载火箭——“战神1号”和“战神5号”获取技术数据,提高“战神1号”火箭的设计水平和性能。
“星座计划”的主要内容是研制“战神1号”和“战神5号”运载火箭以及“猎户座”载人飞船。其中,“战神1号”也称“乘员运载火箭”,主要用于发射“猎户座”飞船,能够把最大质量为25吨的有效载荷送入近地轨道。航天飞机退役后,“战神1号”和“猎户座”飞船将替代航天飞机执行空间站任务,未来还将执行载人月球探测任务。
试验目标:采集数据
“战神1-x”飞行试验的目标是,演示验证“战神1号”火箭关键技术,为提高“战神1号”火箭的设计采集技术数据。主要技术目标包括:验证运载火箭在相似动力学条件下的可控性;验证火箭的装配性能和可回收性;验证用于回收第一级助推器的降落伞的性能以及第一级助推器的返回程序;确定火箭飞行过程中的滚转特性;验证火箭的一、二级分离技术。
在本次飞行试验过程中,NASA利用700多个高清晰传感器搜集了“战神1-X”试验火箭飞行过程中产生的大量数据。并将利用测得的数据对“战神1号”火箭的设计进行优化和改进,消除各种不确定性,提高火箭的设计性能。
试验用火箭:战神1-X
“战神1-X”是“战神1号”运载火箭近似1:1的空气动力学模型,高度约100米,起飞质量816吨,最大推力1360吨,最大加速度2.48g,最大飞行速度:M4.76。
“战神1-X”火箭是二级火箭,本次飞行试验主要测试火箭第一级的性能。第一级采用航天飞机的4段固体助推器,同时加装一段模型作为第五段。
火箭第二级(即上面级)以及有效载荷——乘员舱和救生逃逸系统均为模拟裟置,从而使“战神1-X”达到满负荷火箭的质量。
飞行过程:全程不过2分多钟
“战神1-×”试验火箭发射升空约2分钟后,飞行至距地面约39.62千米处,其第一级与第二级发生分离。随后按照预定计划,前者在降落伞的协助下落人大西洋(但三个降落伞中的一个发生故障,致使第一级坠入海洋后出现很大凹陷);第二级和模拟载荷在内的火箭其余部分在不受控状态下飞行至距地面45.72千米处后坠入大西洋。
后续试验:还需两次试验飞行
按照试验计划,在“战神1号”运载火箭首次载人飞行之前,共需要进行三次试验火箭的飞行试验,分别在2009年10月、2014年和2015年进行(表1)。
按计划,NASA实施的第二次试验飞行将在2014年进行,采用“战神1-Y”试验火箭。第二次试验飞行将演示验证多种系统,包括五段式重复使用固体助推器、飞行控制系统、采用J-2X发动机的低温上面级、接近最终状态的电子设备系统等。
第三次试验飞行将于2015年进行,采用“战神1号”运载火箭和猎户座1飞船,届时将把不载人的猎户座飞船送人低地球轨道。
简要分析:取得突破和争取支持
“战神1-x”试验火箭是21世纪美国载人运载火箭计划的第一次试验。美国NASA将这次成功的试验称为“新时代的首次飞行”(The First Flight of a new era),反映了这次飞行试验对NASA的重要意义。航天飞机退役后,“战神1号”将是美国唯一的载人航天运载器,它对于美国未来的空间站任务和“重返月球”计划至关重要,关系着美国未来的载人航天计划。此次试验飞行成功,标志着美国在研制“战神1号”运载火箭方面迈出了重要的一步。
根据布什政府制定的“星座计划”,美国的航天飞机将于2010年全部退役,“战神1号”火箭和猎户座飞船最早于2015年接替航天飞机开展载人航天活动。奥巴马政府上台后,鉴于经费的考虑,奥巴马于2009年5月指派奥古斯丁领导的委员会对“星座计划”进行重新评估,以确定是否按原计划继续实施“战神1号”的研制。10月22日,奥古斯丁委员会公布了评审报告——《寻求一个大国应有的载人航天计划》,提出美国载人航天计划的五种选项,并认为NASA应考虑采用商业运载器来帮助实现目标,甚至取消“战神1号”火箭。
此次“战神1-X”的成功飞行证明了战神火箭研制计划在技术方面的可行性和成熟度,这有助于争取奥巴马政府对“战神1号”计划的支持。但星座计划以及战神1号火箭的命运如何还要等待最终抉择。
相关链接
“战神1号”和“战神5号”运载火箭基本情况
运载能力与用途
战神1号运载火箭低地球轨道运载能力为25吨,主要用来发射猎户座乘员探测飞行器。
战神5号运载火箭低地球轨道运载能力近160吨,用于将登月器发射至近地轨道并为猎户座探测飞行器与登月器对接后飞往月球提供动力。
火箭的构型及飞行过程
两种火箭均为两级火箭
战神1火箭高度约94米,第一级为可重复使用的航天飞机固体助推火箭。第二级使用液氢,液氧推进剂,采用J-2X发动机(土星5号上面级发动机)。
战神5火箭高度约116米,第一级构型为在现有航天飞机的外贮箱下配置6台RS-68液氢/液氧发动机,并捆绑两台航天飞机固体助推火箭;上面级也使用J-2X发动机。
执行登月任务的过程
战神5号携带登月器发射升空,2台固体助推器工作约132秒后与火箭分离,芯级完成工作后与火箭分离,抛掉整流罩,地球飞离级第一次点火,登月器与地球飞离级进入300千米近地轨道。
战神1号运载火箭携带猎户座和航天员发射升空,一级固体助推器完成工作后与火箭分离,使火箭达到61千米的高度,二级液体火箭点火,将猎户座飞船送入近地轨道。
在近地轨道上,飞船与登月器和地球飞离级对接,地球飞离级第二次点火工作,使猎户座与登月器飞离地球轨道,进入奔月轨道,开始奔月飞行。
火箭技术特点
两种火箭采取人、货分离的方式共同完成奔月任务,与阿波罗计划采用一枚火箭发射飞船和登月器相比,可以发射更大的登月飞船,运送更多的航天员并提高了安全性。
火箭构型中大量采用现有航天飞机的部件和成熟技术,包括航天飞机固体火箭助推器和改进的外贮箱,用于芯级的是德尔他4火箭公用芯级发动机RS-68。用于上面级的是土星5J-2发动机的改进型J-2X。通过采用成熟技术,可以降低成本,提高可靠性。
研制进展
2007年NASA与普惠一洛克达因公司签署价值12亿美元的合同,将设计、研制、试验以及评估J-2X发动机。合同包含地面发动机和试飞发动机。此外,NASA还授予波音公司合同,为战神1乘员运载火箭生产上面级。该上面级可为战神1火箭进入低地轨道的二次上升提供所需的导航、制导、控制与推进。NASA还成功进行了战神火箭主降落伞的降落试验。
2008年9月,NASA战神1运载火箭通过设计评审。12月,战神5火箭研制时间表公布,将于2010年完成方案设计评审,2018年6月进行首次低地球轨道试验飞行,2019年12月执行首次月球任务。
2009年,成功进行了战神1号火箭的第一次飞行试验。