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小个头大作用,这位航天发射的“明日之星”竟然这么厉害

2018-09-30 10:20 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:瑷敏工作室

  策划:白璐

  监制:光明网科普事业部

  日前,由中国航天科工集团有限公司研制的快舟一号甲小型固体运载火箭,成功将微厘空间一号系统S1试验卫星准确送入预定轨道。这不禁引人关注,看惯了运载火箭身宽体胖的“大个头”,小型运载火箭又是何物?

小个头大作用,这位航天发射的“明日之星”竟然这么厉害

快舟一号甲固体运载火箭

  近年来,随着小卫星技术的快速发展和火箭设计、复合材料、电子技术以及固体推进技术的发展,将小型运载火箭推上了航天发射的大舞台。快舟一号甲小型运载火箭是一种主要为低轨小卫星提供发射服务的通用型火箭,采用国际通用接口,具有飞行可靠性高、入轨精度高、准备周期短、保障条件少、发射成本低等特点。具有发射成本低、反应速度快、适应能力强等突出特点。未来,可实现快速有效航天发射的小型运载火箭具有巨大的军用和民用价值,将成为人类开展太空活动的明日之星。

  火箭小子的前世今生

  时光流逝,岁月如梭,运载火箭大家族也正经历着更新换代的如火如荼进程。目前,围绕低成本、快速反应这一发射需求,美国、俄罗斯、欧洲、日本等航天大国可谓“八仙过海,各显神通”,纷纷推出了自己的新一代运载火箭计划,并迅速将小型运载火箭推向航天发射的大舞台。

  在小型运载火箭领域,航天技术大国美国投入了较大精力。美国研制的“飞马座”、“金牛座”等小型运载火箭早已投入使用。进入新世纪以来,美国更是充分嗅到了小型运载火箭的巨大军民用价值。2007年5月,美国国防部成立了快速响应空间办公室,旨在进一步增强和充分利用美国的空间作战力量。目前,美国从事小型运载火箭研制设计的商业公司接近20家,其中有部分“急先锋”甚至已经完成了设计生产,即将开展飞行试验。美国ARCA航天公司推出的Haas 2C火箭燃烧室和喷管全部采用复合材料,推力可达220千牛,而向量空间系统公司研制的小型运载火箭,结构质量甚至只有685公斤。

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“飞马座”小型运载火箭

  在小型运载火箭的“竞技场”上,其他航天俱乐部成员也不甘示弱。欧洲航天局从2003年就开始研制“织女星”号小型运载火箭,可实现将1500公斤有效载荷发射到700公里高度的轨道,也可一次发射从300公斤到2000公斤不同载荷的卫星,同时还能让微小卫星搭上顺风车。被称为“世界上最小”运载火箭的日本SS520火箭全长仅9.54米,只有电线杆那么粗,是日本自主研发的三段式小型火箭。此外,俄罗斯也计划于2020年实现新型小型运载火箭“联盟”号2LK的首飞。

  小身板担当使命重担

  别看小型运载火箭个子小,但绝对是个“短跑健将”。一般的大中型运载火箭发射准备时间动辄数月,小型运载火箭却是用天乃至小时来计算。美国的Super-Strypi小型运载火箭发射时间只有21天,“飞马座”火箭发射准备时间为14天,“金牛座”火箭更只有短短72小时。由美国和新西兰联合研制的“电子”小型运载火箭,可实现每隔 72 小时进行 1 次航天发射的超高频率,堪称世界航天领域快速发射的代表作。这么短的发射准备时间,意味着一旦遭遇自然灾害、战争爆发等突发事件,小型运载火箭可快速将侦察、通信等用途的卫星发射升空,实现卫星的快速发射和空间部署,及时获取相关重要信息,战略意义相当重要。

小个头大作用,这位航天发射的“明日之星”竟然这么厉害

美国和新西兰联合研制的“电子”小型运载火箭

  此外,小型运载火箭的发射升空方式可谓“多姿多彩”。除可以像“老字号”运载火箭一样从地面及海上发射外,小型运载火箭还可直接开启空中发射模式,堪称航天发射领域的一个伟大创举。美国自上个世纪50年代就开始空中发射火箭的试验工作,“飞马座”小型运载火箭利用B-52轰炸机携带到空中,是世界上第一种实现空中发射的运载火箭。

  小型运载火箭更是模块化设计的先行军,美国轨际系统公司研制的NEPTUNE小型运载火箭通过捆绑不同数量的通用模块,就可实现不同的运载能力,目前已经完成了通用模块的飞行试验。同时,为进一步降低航天发射成本,小型运载火箭也将“省钱模式”发挥到了极致。俄罗斯研制的“安尼娃”小型运载火箭就包括重复使用的设计方案,我国研制的“快舟”小型运载火箭采用国际通用接口设计,具有发射成本低、准备周期短、保障条件少和快速集成入轨等突出特点。

  新兴航天发射的敲门砖

  目前,挺进小型运载火箭领域的都是近些年成立的新兴商业航天公司,技术门槛相对较低,又能全面覆盖火箭系统研制的切入点。商业公司开展小型运载火箭研制的一个共同特点就是完全掌握发动机、结构和控制系统等核心技术,还要自建试验和制造设施,以便最大程度降低研制和生产成本,在新兴航天发射的强烈市场竞争中牢牢掌握主动权。

  新概念技术的大量涌入也将大大降低小型运载火箭的发射成本。美国Bagaveev公司研制的小型运载火箭一大特点就是采用了3D打印的发动机,“电子”小型运载火箭甚至将火箭的涡轮泵、阀门、喷射器和燃烧室等部件都采用了3D 打印,不仅能提高火箭的制造效率,同时也可大幅度降低出现故障概率,大大缩短了火箭发射需要的检测时间。

  近年来,一些退役下来性能先进的弹道导弹相继加入小型运载火箭的改装行列。小型运载火箭机动灵活、反应速度快,一旦在军事上遭遇突发事件和局部战争爆发,任务卫星的损失补充和应急发射等都需要小型快速火箭出来大显身手。海湾战争爆发后,美军就应急发射过两颗近地轨道小型通信卫星,确保了战时美军通畅的战场通信能力。此外,小型运载火箭的大量新技术还可用于开展高超声速武器的飞行试验。(以上图片来源于网络)

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[责任编辑:赵清建]

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