擎天神五號運載火箭

擎天神五號運載火箭

宇宙神五號運載火箭,又譯為阿特拉斯-5型運載火箭,是洛克希德馬丁公司所研製的不可重複使用之運載火箭(現由洛克希德馬丁與波音公司研製,隸屬聯合發射同盟(United Launch Alliance)),航空噴氣公司則負責宇宙神5型運載火箭固態輔助火箭的研發及製造。第一節的由液態氧及煤油為燃料,是於阿拉巴馬州的迪凱特建造,引擎為俄羅斯的RD-180火箭引擎,第二節則是以液態氧及液態氫為燃料的半人馬座火箭,某些衍生型裝有捆綁式固態輔助火箭以增加酬載量,輔助火箭及第一節和第二節構成宇宙神5型運載火箭。擎天神五號運載火箭首度發射日期為2002年8月21日,在2009年下半年表定發射火星科學實驗室(MarsScience Laboratory )。

基本信息

簡介

擎天神五號運載火箭擎天神五號運載火箭

擎天神五號運載火箭是由聯合發射同盟在阿拉巴馬州建造的,是由波音公司和馬丁公司共同承擔風險建造。擎天神五號運載火箭首度發射日期為2002年8月21日,在2009年下半年表定發射火星科學實驗室(MarsScienceLaboratory)。2011年11月26日,美國火星科學實驗室探測器在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地由阿特拉斯-5型運載火箭搭載升空,其任務是探索火星的宜居性。

洛克希德·馬丁公司的“宇宙神”運載火箭系列在美國運載火箭發射市場占有舉足輕重的地位,該系列火箭在美國每年火箭發射活動中所占的比例接近40%,僅次于波音公司的“德爾塔”運載火箭。

演變歷史

擎天神五號運載火箭為擎天神系列運載火箭中最新的型號,其技術來自早期的擎天神二號運載火箭,主要則是擎天神三號運載火箭,大部分的推進系統,電子設備及火箭結構有沿襲早期火箭,有些則是小幅修改。

外觀上最明顯的修改為第一節的燃料槽,不再使用10呎直徑的不鏽鋼硬式殼槽,亦不用的有中央隔壁的“氣球”結構,也不再用“一節半”的技術(於發射至進入軌道途中將三顆引擎中的兩顆丟棄),擎天神五號運載火箭則使用類似泰坦系列運載火箭太空梭外部燃料槽的12.5呎直徑鋁合金鍛接燃料槽。

發射地點

擎天神五號運載火箭屬於美國空軍的改進型一次性運載火箭(EELV)的一部分,不可重複使用代表此種運載火箭只能使用一次。發射地點在卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台,另外位於西岸的范登堡空軍基地3號發射台在未來將會發射極地軌道的衛星。

技術諸元

第一節

擎天神五號系列運載火箭主引擎為俄羅斯RD-180引擎,第一節為新研發的公共助推核心(CCB),最多可以捆綁式加裝五枚航空噴氣公司製造的固態輔助火箭,標準核心火箭直徑為3.8米(12.5呎),長32.5米(106.6呎),可填裝284,450公斤(627,105磅)的液態氧及煤油,標準核心火箭的推進時間約4分鐘,俄羅斯的RD-180引擎於發射時提供推力約4百萬牛頓(860,000磅),飛行中產生的最大推力可達4.152百萬牛頓。

第二節

擎天神五號運載火箭擎天神五號運載火箭

第二節的半人馬座火箭有加壓燃料槽使之穩固,並使用低溫燃料(液態氫液態氧),擎天神五號運載火箭的第二節直徑為1.68米(5.5呎),所使用引擎為一顆或兩顆普拉特&惠特尼RL10A-4-2火箭引擎(Pratt&WhitneyRL10A-4-2engines),每顆引擎產生99.2千牛頓(22,300磅)。改良RL10A-4-2火箭引擎外型是增加第二節的操作性能和可靠程度,另外慣性航行裝置(inertialnavigationunit,INU)也裝在半人馬座火箭上,讓擎天神五號運載火箭和半人馬座火箭可以穩定的飛行,也控制擎天神運載火箭和半人馬座火箭的燃料槽壓力及燃料使用量,半人馬座火箭的引擎也可以在真空中點燃,可將人造衛星送入低地球軌道,進入低地球軌道後,可形成橢圓的地球同步軌道(GTO),再經過第三次點火,即可從橢圓的地球同步軌道轉為圓形的地球同步軌道(GEO)。半人馬座火箭有著高燃燒比率(燃料燃燒完全比率),所以可以搭配各種不同的重量的末端節,也可以用來作商業運載火箭,將人造衛星放置在較遠的軌道。在擎天神五號運載火箭第一次發射之前,有許多系統已經升級或增強了,例如容錯慣性飛行裝置(FaultTolerantINU,FTINU)可增加擎天神系列運載火箭的可靠性。

酬載艙(整流罩)

擎天神五號運載火箭有兩種常用的酬載艙整流罩)。第一種是典型4米直徑的酬載艙,從擎天神二號運載火箭開始使用,屬於標準和較纖細的酬載艙(參見擎天神五號運載火箭第4次發射Inmarsat4-F1衛星)第二種是洛克希德馬丁公司所研發的加大型5米直徑(實際上是4.57米直徑)酬載艙,建造地點則為位在瑞士的Contraves太空(現為Oerlikon太空)。Contraves太空所制的整流罩使用複合材料,此複合材料在早期的運載火箭的整流罩即使用過,不須在另尋新的材質。第三種則是加長版的酬載艙,是用來運載擎天神五號重型運載火箭的酬載物。前兩種酬載艙是用來酬載擎天神五號500型運載火箭。在2008年4月14日,擎天神五號運載火箭運載了此系列最重的酬載進入軌道──6648公斤(14625磅)的電信通訊衛星,是由太空系統/帕洛亞托眼端,加利福尼亞(SpaceSystems/LoralofPaloAlto,CA)

發射記錄

從2002年8月的第一次發射到2008年3月間的12次發射中,擎天神五號運載火箭有幾近完美的成功率,但於2007年6月15日發射NROL-30衛星的航班中,因第二節的半人馬座火箭引擎提早關閉,而必須放棄酬載物-兩顆海洋監測衛星-較預期軌道低,然而,買主國家級偵查部(NationalReconnaissanceOffice)認為此次任務是成功的,而此事故也經過徹底的調查。於此次些微失敗後,擎天神五號運載火箭已有四次發射成功紀錄。

2007年活門異常

擎天神五號運載火箭目前唯一一次失敗是在2007年6月15日,第二節的半人馬座火箭引擎提早關閉──導致兩顆NRO L-30海洋監測衛星進入比原本預定的軌道低。這次發射失敗是因為一個漏氣的活門。更換新型活門延遲了下一次的擎天神五號運載火箭的發射日期。

發射記錄表

發射日期火箭型號發射編號發射地點酬載衛星酬載衛星種類軌道結果備註
2002年8月21日擎天神五號401型運載火箭AV-001卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台火鳥6號衛星商業通信衛星GSO軌道成功首次擎天神五號運載火箭發射
2003年5月13日擎天神五號401型運載火箭AV-002卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台

Hellas Sat

或HellasSat 2號

人造衛星

商業通信衛星GSO軌道成功
2003年7月17日擎天神五號521型運載火箭AV-003卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台Rainbow 1號人造衛星商業通信衛星GSO軌道成功首次擎天神五號500型運載火箭發射
2004年12月17日擎天神五號521型運載火箭AV-005卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台AMC 16商業通信衛星GSO軌道成功
2005年3月11日擎天神五號431型運載火箭AV-005卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台Inmarsat 4-F1商業通信衛星GSO軌道成功
2005年8月12日擎天神五號401型運載火箭AV-007卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台火星偵察軌道器火星衛星逃脫軌道成功擎天神五號運載火箭首次為美國國家航空航天局發射衛星
2006年1月19日擎天神五號551型運載火箭AV-010卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台新視野號冥王星及科伊伯帶逃脫軌道成功首次使用第三節,第三節為波音公司製造的Star 48B火箭引擎。
2006年4月20日擎天神五號411型運載火箭AV-008卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台ASTRA 1KR人造衛星商業通信衛星GSO成功擎天神五號運載火箭首次幫ILS發射商業通信衛星
2007年3月8日擎天神五號401型運載火箭AV-013卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台

太空測試-1衛星

(Space Test Program-1)

第六枚軍事收尋衛星低地球軌道成功FalconSAT-3衛星
2007年6月15日擎天神五號401型運載火箭AV-009卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台

國家級偵查部

NRO L-30R人造衛星

(NOSS-4-3A & B人造衛星)

兩顆國家級偵查部的偵查衛星低地球軌道第二節火箭引擎異常擎天神五號運載火箭首次為國家級偵查部發射衛星
2007年10月11日擎天神五號421型運載火箭AV-011卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台Wideband Global SATCOM system(WGS)SV-1人造衛星軍事通信衛星地球同步軌道成功
2007年12月10日擎天神五號401型運載火箭AV-015卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台

國家級偵查部

NRO L-24人造衛星

國家級偵查部偵察衛星Molniya軌道成功
2008年3月13日擎天神五號411型運載火箭AV-006范登堡空軍基地SLC-3E發射台

國家級偵查部

NROL-28人造衛星

國家級偵查部偵察衛星Molniya軌道成功擎天神五號運載火箭首次從范登堡空軍基地發射
2008年4月14日擎天神五號421型運載火箭AV-014卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台ICO G1衛星商業通信衛星地球同步軌道成功擎天神五號運載火箭最重的酬載衛星
2009年4月4日 擎天神五號421型運載火箭AV-016卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台

WidebandGlobal

SATCOMsystem

(WGS)SV-2人造衛星

軍事通信衛星地球同步軌道成功
2009年6月18日 擎天神五號401型運載火箭AV-020卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台

月球勘測軌道飛行器/

月球坑觀測和遙感衛星

月球探測器高地球軌道成功首枚撞擊月球的半人馬座火箭上級
2009年9月8日擎天神五號401型運載火箭AV-018卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台PAN軍事通信衛星地球同步軌道成功
2009年10月18日 擎天神五號401型運載火箭AV-017卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台DMSP5D3-F18軍事氣象衛星低地球軌道成功
2009年11月23日擎天神五號431型運載火箭AV-024卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台Intelsat14衛星商業通信衛星地球同步軌道成功
2010年2月11日 擎天神五號401型運載火箭AV-021卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台太陽動態觀測者太陽觀測衛星地球同步軌道成功
2010年4月22日擎天神五號501型運載火箭AV-012卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台波音X-37OTV-1太空飛機原型機低地球軌道成功
2010年8月14日 擎天神五號531型運載火箭AV-019卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台AEHF-1軍事通信衛星地球同步軌道成功
2010年9月21日 擎天神五號501型運載火箭AV-025卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台

美國國家偵查部

NROL-41人造衛星

美國國家偵查部偵察衛星低地球軌道成功
2011年3月5日擎天神五號501型運載火箭AV-026卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台波音X-37OTV-2太空飛機原型機低地球軌道成功
2011年4月15日 擎天神五號411型運載火箭AV-027卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台USA-228(NROL-34)NRO偵察衛星低地球軌道成功
2011年5月7日 擎天神五號401型運載火箭AV-022卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台SBIRS-GEO-1飛彈警示衛星地球同步軌道成功
2011年8月5日 擎天神五號551型運載火箭AV-029卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台朱諾號木星探測衛星木星軌道成功
2011年11月26日擎天神五號541型運載火箭AV-028卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台火星科學實驗室火星探測車Hyperbolic成功

Centaurstageto

enterorbitaround

thesun

衍生型號

每台擎天神五號運載火箭有三個位數來表示其運載火箭的設計結構。第一個位數代表酬載艙的直徑,以米表示,數字不是4就是5。第二個位數代表固態輔助火箭的數量,這些固態輔助火箭裝在擎天神五號運載火箭的第一節上,如果所使用的酬載艙直徑為4米,可裝0到3枚固態輔助火箭;如果所使用的酬載艙直徑是5米,可裝0到5枚固態輔助火箭。第三個位數是半人馬座火箭上的RL10A-4-2火箭引擎的數量,不是一枚就是二枚。單顆半人馬座火箭引擎(Single-engine Centaurs,SEC)單位時間使用燃料較少,推進時間較久,所以運載到達地球同步軌道(GEO)的人造衛星和逃脫地球軌道;雙顆半人馬座火箭引擎(Dual engine Centaurs,DEC)則將人造衛星送至低地球軌道。

例如擎天神五號552型運載火箭代表酬載艙直徑為5米,有五枚固態輔助火箭和兩顆半人馬座火箭引擎。另一個例子,擎天神五號431型運載火箭的酬載艙的直徑為4米,三枚固態輔助火箭和一顆半人馬座火箭引擎。在2006年9月,洛克希德馬丁公司和Bigelow太空噴氣公司簽定一紙契約,讓擎天神五號運載火箭成為載人火箭,進入潛在的太空旅遊市場。

衍生型酬載艙(整流罩)輔助火箭第二節低地球軌道運載能力地球同步軌道運載能力發射次數
擎天神五號401型運載火箭4 米-單顆半人馬座火箭引擎-4951 公斤6
擎天神五號402型運載火箭4 米-雙顆半人馬座火箭引擎12500 公斤-0
擎天神五號411型運載火箭4 米1單顆半人馬座火箭引擎-5951 公斤1
擎天神五號421型運載火箭4 米2雙顆半人馬座火箭引擎-6832 公斤2
擎天神五號431型運載火箭4 米3單顆半人馬座火箭引擎-7642 公斤1
擎天神五號501型運載火箭5米-雙顆半人馬座火箭引擎-3971 公斤0
擎天神五號502型運載火箭5米-單顆半人馬座火箭引擎10300 公斤-0
擎天神五號511型運載火箭5米1雙顆半人馬座火箭引擎-5271 公斤0
擎天神五號512型運載火箭5米1單顆半人馬座火箭引擎12050 公斤-0
擎天神五號521型運載火箭5米2雙顆半人馬座火箭引擎-6287 公斤2
擎天神五號522型運載火箭5米2單顆半人馬座火箭引擎13950 公斤-0
擎天神五號531型運載火箭5米3雙顆半人馬座火箭引擎-7202 公斤0
擎天神五號532型運載火箭5米3單顆半人馬座火箭引擎17250 公斤-0
擎天神五號541型運載火箭5米4雙顆半人馬座火箭引擎-7982 公斤0
擎天神五號542型運載火箭5米4單顆半人馬座火箭引擎18750 公斤-0
擎天神五號551型運載火箭5米5雙顆半人馬座火箭引擎-8672 公斤1
擎天神五號552型運載火箭5米5單顆半人馬座火箭引擎20050 公斤-0
擎天神五號重型-1運載火箭5米2 枚標準核心火箭雙顆半人馬座火箭引擎-13605 公斤0
擎天神五號重型-2運載火箭5米2 枚標準核心火箭單顆半人馬座火箭引擎25000 公斤-0

未來展望

擎天神五號重型運載火箭(又稱重型運載火箭)從接到訂單到整台運載火箭成形需要30個月。擎天神五號重型運載火箭使用三枚標準核心火箭,可以酬載最重的太空船。擎天神五號重型運載火箭大概95%的硬體設備都從現在擎天神五號運載火箭的單枚標準核心火箭取得。標準型4米直徑的整流罩是會整個包覆酬載物,但第二節半人馬座火箭會暴露在外。由Contraves公司製造的整流罩可以完全包覆酬載物和第二節半人馬座火箭。

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