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第12章 美国运载火箭

1.“大力神”系列火箭

“大力神”系列运载火箭,是在“大力神Ⅱ”型洲际导弹基础上发展起来的,先后有“大力神Ⅱ”改型,大力神3——A、3——B、3——C、3——D、3——M、3——E等几种型号。“大力神Ⅱ”改型用来发射“双子星座”载人飞船;“大力神3”系列火箭主要用来发射美空军的大型军用卫星,如侦察卫星、预警卫星、通信卫星、核爆炸探测卫星等,可以一次发射多颗不同轨道的卫星。它发射的航天器达美国航天器总数的1/10左右。

马丁公司生产的“大力神3”不能直接将卫星送入静止轨道,而只能把卫星推到静止转移轨道,之后点燃卫星上面的远地点发动机或上面级火箭将它推到静止轨道。“大力神3”加上卫星自带的“巴姆DI”上面级,可把1270千克的卫星推到转移轨道;如果用“巴姆OH”,则增加到1930千克;采用“63——E”时,增加到2270千克;用“E斯科兹”,就多达2590千克;用过渡级可达5440千克。“大力神3”能把1000吨重的卫星一举送到低地球轨道。马丁公司商用“大力神3”还可发射一箭双星,如1989年6月发射了日本“通信卫星2”和英国军用通信卫星“天网4——A”;1990年3月14日发射第二颗“国际通信卫星6”时,由于卫星未及时与二级分离,未能顺利进入预定轨道,发射失败,但6月23日第三颗“国际通信卫星6”成功发射。

马丁公司的“大力神34——D”,既能把4.536吨重的卫星直接送入静止轨道,又能把7.690吨重的卫星推到低地球轨道,空军的重型照相侦察卫星都是用“大力神34——D”发射的。它的造价为每枚6000万美元,发射“锁眼11”侦察卫星(重11~12吨)总价值为5亿美元。大力神系列共发射141次,成功135次,成功率达95.7%。

目前,美国最大的运载火箭是“大力神4”,它能将17.69吨重的有效载荷送入低地球轨道,起飞总推力达235.9吨。它高达53米,有两枚固体燃料助推器,每枚有10层楼那么高。1990年6月8日夜间,“大力神4”首次发射了一颗重4吨多的电子侦察卫星。起飞时发出的白光亮得在5.5千米远地方可阅读一张新闻报纸。前美国空军部长爱德华·奥尔德雷奇特说:“大力神4是美国国家安全战略的基石。”

2.“德尔塔”系列火箭

“德尔塔”系列火箭是麦道公司生产的。1981年4月,随着美国航天飞机的投入飞行,美国不再使用一次性运载火箭,于是“德尔塔”系列火箭的生产被停止。1986年1月28日,“挑战者号”航天飞机爆炸后,空军又重新启动生产新的“德尔塔2”火箭的计划,又称为“德尔塔6925”,新型的德尔塔火箭在原来的基础上又加大第一级,采用更大的整流罩,增加改进的固体火箭助推器,可将1447千克重的卫星推入静止转移轨道。“德尔塔7925”装有更大更轻的固体燃料助推器,加上“巴姆DⅡ”第三级,能把1819千克重的卫星送入转移轨道。火箭生产线现已完全恢复生产。1990年6月12日,用最后一枚“德尔塔”成功地发射了“印度卫星1D”,以后就使用“德尔塔2”发射了预订的7枚商用卫星。

从1960年到1990年6月,麦道公司生产的“德尔塔”系列火箭一共发射了196次。该公司每年生产14枚新的“德尔塔2”,这一系列的运载火箭将是美国1000~1800千克级军民卫星的主要发射工具。该公司仍以其高可靠性投入国际商用卫星发射市场。

3.“侦察兵”系列火箭

它是美国LTV公司为美国宇航局生产的系列火箭,主要目的是发射科学卫星。多年来,从意大利圣马可海上平台发射了5颗意大利“圣马可”科学卫星和美宇航局的“探险者”卫星。该运载火箭能把300~400千克重的卫星送入500千米高度的轨道,发射费为1000万美元。

1988年初,美国LTV公司与意大利斯尼亚BPO公司签订了共同研制改进型的“侦察兵2”,专门发射微重力实验回收舱。它在原来的“侦察兵”火箭上增加“阿丽亚娜3”或者“阿丽亚娜4”用的两枚助推器,采用新的更大的整流罩,可运载较重的有效载荷。新的“侦察兵2”在非洲肯尼亚东海岸、意大利圣马可海上平台或美国范登堡空军基地每年发射3~4次,以供美国和欧洲用户发射微重力实验回收舱。“侦察兵2”能把536千克重的卫星推到278千米高度轨道,把464千克重的卫星送入555千米高度轨道,把342千克卫星射入1110千米高度轨道;而旧的“侦察兵”火箭只能发射155、218以及275千克重的有效载荷。近年来,两家公司正在商谈具体合作研制措施,把“侦察兵2”改称为“圣马可1”,力求两年内制造出来,并由两家公司分别推销。美国用户由LTV公司负责,而意大利则寻找欧洲用户,打算与美国轨道科学公司的“飞马”火箭竞争。

4.“雷神”系列火箭

“雷神”系列运载火箭是在中程导弹“雷神”的基础上发展起来的一组运载火箭。它以“雷神”火箭作为第一级,并改进了第二级火箭。先后共有:“雷神—艾布尔”、“雷神—艾布尔星”、“雷神—博纳”、“雷神—德尔塔”、“雷神—阿金纳”、“长贮箱雷神—阿金纳D”、“加大推力雷神—阿金纳D”等。雷神系列运载火箭主要用于发射中、小型卫星和探测器,发射成功率高,占美国卫星、飞船、探测器发射总数的1/3左右。

5.“土星”系列火箭

“土星”运载火箭是美国专为载人登月的阿波罗工程而研制的巨型运载火箭,主要包括“土星1”、“土星1B”、“土星5”3种型号。其中“土星5”的起飞重量为3000吨,近地轨道能力达139吨,直径10米,高110米,它能把重达50吨的阿波罗飞船送入登月轨道,并先后将12名航天员送上月球。

60年代初,刚开始实行“阿波罗”登月计划时,美国最大的运载火箭是“宇宙神阿金纳B”三级(实际是二级半)火箭。火箭直径为3米,全长31.7米,第一级发动机推力为176吨,起飞重量125吨,能把两吨多重的人造卫星送上地球轨道,或者使430千克的宇宙探测器挣脱出地球引力场的作用,成为太阳的一颗人造行星。按照“阿波罗”登月计划,要使四、五十吨重的飞船挣脱出地球引力场并进入月球轨道,需要比“宇宙神”运载火箭大得多的运载工具。为了加快大型运载火箭的研制速度,美国宇航局采取了分段实现、稳步前进的策略,使用了8台H1型液氧、煤油为燃料的火箭发动机作为“土星1”的第一级发动机、总推力达到685吨(比“宇宙神的起飞推力大3倍),6台液氢、液氧作燃料的发动机作为第二级发动机(总推力40.8吨)。”土星1“运载火箭最大直径为6.5米,全长38米,它的运载能力可以把近10吨的人造卫星送入地球轨道。由于”土星l采用了成熟的火箭技术,所以试制时间不到两年就开始了飞行试验。

“土星1B”运载火箭是在“土星1”基础上的改进型号。主要有两方面改进:一是第一级使用8台H1改进型发动机,总推力提高了9%,达到754吨;二是第二级采用了大推力的氢氧发动机,推力高达104吨,是“土星l”的第二级推力的一倍半。在这样的情况下,“土星1B”的运载能力大大提高,能把18吨重的卫星送入地球轨道。“土星1B”运载火箭主要是为“阿波罗”计划提供地球轨道飞行的运载工具,同时也为“土星5”试验了J-2型液氢、液氧发动机。这是因为“土星5”的第二级和第三级使用的都是这种型号的发动机(第二级用5台J-2号发动机、第三级用1台J-2发动机)。

“土星5”运载火箭,第一级用5台F1型液氧、煤油作燃料的发动机,每台推力为693吨,直径长10米,全长85米,在当时是美国最大的运载火箭。它能把100余吨重的人造卫星送进地球轨道,或者把50多吨重的飞船送上月球轨道。美国主要用它来完成载人登月飞行,共发射过13次,其中包括不载人的地球轨道飞行2次、载人地球和月球轨道飞行3次、登月飞行7次,以及发射“天空实验室”1次(天空实验室重82吨)。而且只有1次失败,因此发射成功率在美国的运载火箭中算是较高的。

6.“宇宙神”系列火箭

“宇宙神”系列运载火箭是利用已退役的“宇宙神”洲际导弹和专门生产的“宇宙神”标准运载火箭,再配备上“阿金纳”、“半人马座”等组成的“宇宙神阿金纳”、“宇宙神半人马座”运载火箭。它的最大起飞推力可达到252吨,可以用来发射载人飞船、月球探测器和月球轨道环行器等。如美国第一个载人飞船计划—“水星计划”,就是用“宇宙神”火箭发射的,水星飞船重2吨,1961年5月至1963年5月,一共进行了6次载人地球轨道飞行。月球探测器“徘徊者”计划和“勘测者”计划是分别用“宇宙神阿金纳B”和“宇宙神半人马座”运载火箭发射的,其中“徘徊者”共发射9次,“勘测者”共发射7次;月球轨道环行器是用“宇宙神阿金纳D”运载火箭发射的,共发射5次。总而言之,“宇宙神”系列运载火箭也是美国应用最广泛的运载工具之一,它所发射的航天器几乎占了美国航天器总量的1/3,只比“雷神”系列运载火箭的发射量少一点。