12 月15 日,L-1011 三星運輸機搭載飛馬座XL 火箭于20 點35 分從美國卡納維拉爾角空軍基地起飛。隨后,飛馬座XL 火箭被成功釋放,14 分鐘后,8 顆颶風全球導航衛星成功進入預定軌道。在飛機上發射火箭的這種方式并不多見,那么它到底有何特點?緣何各國紛紛打算發展該項技術?
“90 后”的飛馬座火箭
按照原計劃,美國軌道·ATK公司應于北京時間12月12日用飛馬座XL 火箭實施發射,但飛機釋放機構的液壓泵出現故障,技術人員多次嘗試修復卻未能成功。在歷經了2次火箭空投失敗后,發射任務再次推遲。12 月15 日,發射任務終于獲得成功。
而此次任務的另一個主角——颶風全球導航衛星系統是美國宇航局地球系統科學探路者計劃的一部分,該計劃利用一系列新技術,低成本地研究地球環境。該星座由8 顆結構相同的微型衛星組成,每顆衛星重29公斤,設計壽命為2年。
而本文關注的主角并非颶風全球導航衛星系統,而是其“ 座駕”——飛馬座火箭。
飛馬座火箭是由美國軌道·ATK 公司和赫爾克里士航空航天公司合資研制的,是美國第一種完全由私營企業投資研制的三級帶翼固體燃料小型空射火箭,也是世界上唯一投入商業運營的空射運載火箭。
飛馬座火箭是典型的“90后”,它的“ 首秀”是在1990 年,至今已完成43次發射,該火箭的主要“本領”是將小型衛星送入近地軌道。
飛馬座火箭分為標準型和加長型(飛馬座XL 火箭)2 個型號。標準型飛馬座火箭采用帶三角翼的方案,由火箭的一子級、二子級、三子級和整流罩組成。該型火箭最初從租用的美國空軍NB-52 運輸機上發射。
與標準型相比,飛馬座XL 火箭增加了推進劑、改進了航空電子設備并做了其他一系列的設計改進。為了提高飛馬座發射系統的靈活性,軌道·ATK 公司購買了一架L-1011 運輸機,并對其進行改進,專門用作飛馬座XL 火箭的發射載機。
與此同時,為了增大運載能力和發射同步軌道小衛星,軌道·ATK 公司還研制了肼輔助推進系統,可按需求加裝在飛馬座XL 火箭上。這樣做不僅可以幫助有效載荷精確入軌,還可以將多星送入不同軌道。
更特別的是,飛馬座XL 火箭是有翼的三級固體運載火箭,翼展6.7米,火箭起飛重量約23.1噸,全長16.9 米,200 公里的近地軌道運載能力為443公斤。
在設計上,飛馬座火箭充分利用了經過驗證的技術和美國在固體推進、材料、電子等領域的最新成果,從而具有質量小、成本低、簡單可靠、使用靈活方便等優點。
這些優點還不足以詮釋飛馬座火箭的特別之處。飛馬座火箭可以不受地理條件的限制,從不同的機場起飛并在任何地點上空發射。按常規,它從裝配到第一級發動機點火的時間為14 天,遇到緊急情況也可以縮短至5天。
空基發射方興未艾
空基發射技術源于美、蘇在上世紀70年代爭霸背景下提出的反衛星導彈、戰略導彈空基發射設想。到了上世紀80年代后以相關技術成果為基礎,各國開展了空射運載火箭的研制。
1990 年4 月5 日,美國成功發射了飛馬座小型固體運載火箭,為空射運載火箭技術開辟了新途徑。
近年來,除了飛馬座運載火箭外,美國開展過的空射運載火箭項目還包括:由美國國防預先研究計劃局提出的空中發射輔助太空進入火箭項目;由美國空中發射公司正在研制的“快速到達”空射火箭;由美國商業公司開發的“平流層”和“運載器一號”火箭及其載機。
俄羅斯在該領域的發展卻差強人意。俄羅斯的空中發射公司于上世紀90年代提出了用安-124遠程運輸機發射空射運載火箭“飛行號”的詳細方案,后來卻因技術及資金問題被擱置。直到2013年5 月1 日,俄羅斯預研基金會才宣布計劃于2020年實施“空中發射”方案。
目前,除了美國和俄羅斯之外,歐洲、日本等國家和地區也正在積極開展空射運載火箭技術研究。各國之所以開始紛紛發展空射運載火箭技術,是因為它確實有很多優點。
首先,空射火箭的機動性好,不受固定發射地點的限制,可在載機航程范圍內的任意點實施發射,與傳統地面發射的火箭相比,這可以大大拓展發射點選擇范圍。
其次是空射火箭能做到快速反應。空射火箭無需依賴復雜的地面發射設施,發射準備時間短,同時通過靈活選擇發射點可避免發射時遭受氣象條件的影響。這有效增加了發射窗口的寬度,有接到發射命令就可以快速發射的本領。
最后是空射火箭的發射成本相對較低。火箭從空中發射可以充分利用載機的飛行高度和飛行速度,同時,在高空工作的固體發動機可獲得更高的性能,在相同的起飛重量下,比從地面發射具有更大的運載能力。與傳統陸基發射相比,空基發射可節約發射成本高達30%。
顯然,上述幾項優點已經足夠能說明空射火箭“受寵”的原因了。