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擎天神5號運載火箭

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擎天神5號運載火箭
擎天神五號551型運載火箭在卡納維爾角空軍基地41號發射台發射新視野號。
擎天神五號551型運載火箭在卡納維爾角空軍基地41號發射台發射新視野號
用途 一次性火箭
製造商 聯合發射同盟
製造國家  美國
外型及質量參數
高度 58.3 公尺 (191.2 )
直徑 3.81 公尺 (12.49 呎)
質量 334,500公斤(737,400英磅)
级数 2節
酬載量
有效載荷-
近地軌道
9,750–18,810公斤[1]
有效載荷-
GTO
4,750–8,900 公斤[1]
相關火箭
系列火箭 擎天神系列運載火箭
衍生型 火神運載火箭
發射歷史
現況 現役
發射場 卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台
范登堡空軍基地複合式發射場3號發射台
總發射次數 58次
(401: 28, 411: 3, 421: 5, 431: 2)
(501: 6, 521: 2, 531: 3, 541: 3, 551: 6)
成功次數 57次
(401: 27, 411: 3, 421: 5, 431: 2)
(501: 6, 521: 2, 531: 3, 541: 3, 551: 6)
失敗次數 0次
部分失敗次數 1次 (401)[2]
首次發射 401: 2002年8月21日
411: 2006年4月20日
421: 2007年10月10日
431: 2005年3月11日
501: 2010年4月22日
521: 2003年7月17日
531: 2010年8月14日
541: 2011年11月26日
551:2006年1月19日
著名酬載衛星 火星偵察軌道器
新視野號
月球勘測軌道飛行器
太陽動力學天文台
波音X-37
朱诺号
火星科学实验室
助推器 (非重型運載火箭) - 航空噴氣公司
數量 1枚到5枚
发动机 1顆固態火箭發動機
單发动机推力 1,270 千牛頓 (285,500 磅)
比冲 275 秒
推進時間 94 秒
燃料 固態燃料
輔助火箭 (擎天神五號重型運載火箭(5HX)) - 擎天神標準核心火箭
數量 2枚
发动机 一台RD-180
單发动机推力 4,152 千牛頓 (933,406 磅)
比冲 311 秒
推進時間 253 秒
燃料 煤油/液態氧
第一级 - 擎天神標準核心火箭
发动机 一台RD-180
推力 4,152 千牛頓 (933,406 磅)
比冲 311 秒
推進時間 253 秒
燃料 煤油/液態氧
第二级 (Atlas V XX1) - 半人馬座火箭
发动机 1 顆RL-10A火箭引擎
推力 99.2 千牛頓 (22,290 磅)
比冲 451 秒
推進時間 842 秒
燃料 液態氧/液態氫
第二级 (Atlas V XX2) - 半人馬座火箭
发动机 2 顆RL-10A火箭引擎
推力 147 千牛頓 (41,592 磅)
比冲 449 秒
推進時間 421 秒
燃料 液態氧/液態氫

擎天神5號運载火箭,為洛克希德馬丁公司所研製的不可重覆使用之運載火箭,現由洛克希德馬丁與波音公司研製,隸屬聯合發射同盟航空噴氣公司則負責擎天神5號運載火箭固態輔助火箭的研發及製造。第一節的由液態氧煤油為燃料,並由位於阿拉巴馬州迪凱特的主基地建造,引擎為俄羅斯的RD-180火箭发动机,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体火箭助推器以增加酬載量,輔助火箭及第一節和第二節構成擎天神5號運載火箭。也算是擎天神系列運載火箭的家族成員之一。火箭整流罩的部分由RUAG空間所製造,大多為直徑4或5公尺的整流罩,不過直徑7.2公尺與長32公尺的整流罩也列在原先設計之中[3]。負責組裝的場所有迪凱哈靈根聖地牙哥以及聯合發射同盟的總部丹佛[4]

時至2015年10月,擎天神5號運載火箭已經發射50餘次,其處女航始於2002年8月,並保有相當完美的成功率。唯一一次的部分失敗發生於2007年6月15日,主因是第二節的半人馬座火箭引擎收到異常訊號而提早4秒關閉,導致人造衛星未能達到預定軌道較高的軌道,不過美国国家侦察局認定此一次發射任務仍屬成功[5][6]

演變歷史[编辑]

擎天神5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2號運載火箭、主要沿用擎天神3號運載火箭的火箭科技,而命名上並不存在擎天神4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。外最明顯的特徵是燃料槽也不再用一節半的技術,這項技術是發射至進入軌道途中將三顆引擎中的兩顆丟棄[7],擎天神5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[7],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」結構不僅尺寸加大,也變得比較堅固。另外相較於擎天神3號運載火箭第一節全部液體火箭的設計,也加上了1~5枚不等的固體輔助火箭[7]

擎天神5號運載火箭最早的定位為改进型一次性運載火箭,首航時間為2002年8月21日,擁有兩個發射地,分別是卡纳维拉尔角空军基地41号航天发射复合体以及范登堡空軍基地複合式發射場3號發射台主要發射極地軌道的衛星,並將商業衛星發射的業務推向全世界[8]

技術諸元[编辑]

第一節[编辑]

擎天神五號系列運載火箭主引擎為俄羅斯的RD-180引擎,第一節為新研發的通用核心推進器,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公尺,長32.5公尺,可填裝284,450公斤的液態氧及煤油,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,飛行中產生的最大推力可達4.152百萬牛頓。另外每支固態輔助火箭也可以提供127萬牛頓左右的額外推力。

第二節[编辑]

第二節的半人馬座火箭配加壓燃料槽使,並使用低溫燃料例如液態氫或液態氧,擎天神5號運載火箭的第二節直徑為1.68公尺,所使用引擎為一顆或兩顆普拉特-惠特尼RL10A-4-2火箭引擎,每顆引擎產生99.2千牛頓。改良後的RL10A-4-2火箭引擎可以增加第二節的操作性能和可靠程度,另外惯性导航系统也裝在半人馬座火箭上,讓擎天神5號運載火箭和半人馬座火箭可以穩定的飛行,也可以更準確控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環境下重複點燃,因此人造衛星將先進入低地球軌道,再逐步修正為成橢圓形的地球同步轉移軌道,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[9]。截至2006年,半人馬座火箭有著所有液態氫火箭引擎中最高的燃燒比率,因此可以搭配各種不同的重量的末端節,並將人造衛星放置在更遠的軌道上[10]

在擎天神5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,例如容错惯性导航系统在2001年就運用在擎天神3號運載火箭上了,可增加擎天神系列運載火箭的可靠性[11]。隨後在2006年又進行另外一次的升級[12],最近一次的進化是在2010年的時候,擁有更好的運作能力[13]

酬載艙(整流罩)[编辑]

擎天神5號運載火箭有兩種常用的整流罩。第一種是典型4公尺直徑的整流罩,從擎天神2號運載火箭開始使用,屬於標準和較纖細的酬載艙,有三種長度版本,分別為9、10、11公尺長;第二種是洛克希德馬丁公司所研發的加大型5.4公尺直徑的整流罩,實際可用直徑只有4.57公尺,建造地點則為位在瑞士的RUAG太空[14],舊稱為Oerlikon太空,長度則有10與13公尺兩種,而最長的16公尺加長版的酬載艙則用於擎天神5號重型火箭。RUAG太空所製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。而外觀特色在於4公尺整流罩會露出半人馬座火箭的上面部分;5公尺整流罩則可以完整將半人馬座火箭的上面部分包覆起來[15]前兩種酬載艙是用來酬載擎天神五號500型運載火箭。在2012年2月24日,擎天神5號運載火箭運載了迄今最重的酬載進入地球同步軌道--行動用戶目標系統,一枚隸屬於美國的軍事衛星,重6800公斤[16]

費用[编辑]

2013年時,發射一次擎天神5號運載火箭541型約需要2.23億美元,其中的費用包括火箭發射服務、酬載艙裝載與製作、後續追蹤、數據處理與遙測服務...等[17],而2014年,歐洲太空總署與聯合發射同盟簽定一只1.73億美元的合約,目的是將太陽軌道載具在2017年發射並進行太陽觀測[18]。而到了2015年,比較低酬載量的擎天神5號運載火箭價格約在1.64億美元左右[19]。而在2005年之後,擎天神5號運載火箭不再是以價格競爭優勢為導向的運載火箭,在2013年,單單發射衛星到達地球同步轉移軌道所需的資金已經超過1億美元[20]

衍生型[编辑]

每臺擎天神5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,以公尺表示,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5號運載火箭的第一節上,如果所使用的酬載艙直徑為4公尺,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公尺,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。單引擎半人馬座火箭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的人造衛星和逃脫地球軌道;雙引擎半人馬座火箭則將人造衛星送至低地球軌道,舉例來說,擎天神五號552型運載火箭代表酬載艙直徑為5公尺,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公尺,三枚固態輔助火箭和一顆半人馬座火箭引擎 [21]。 截至2015年10月,都未有雙引擎半人馬座火箭的版本被發射,預計第一次雙引擎半人馬座火箭版本將會在2016年被發射升空,酬載物為內華達山脈公司英语Sierra Nevada Corporation所研製的追夢者英语Dream Chaser[22]

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合約,讓擎天神5號運載火箭成為載人火箭,進入潛在的太空旅遊市場。[23]

版本細部分析[编辑]

所有的擎天神5號運載火箭的技術諸元版權均由洛克希德馬丁公司與聯合發射同盟所擁有[24],以下的技術諸元來的低地球軌道特指傾角為28.5度的繞行軌跡[25],最後資料更新於2015年10月8日。

衍生型 酬載艙(整流罩) 核心火箭 固態輔助火箭 第二節 低地球軌道運載能力 地球同步轉移軌道運載能力 發射次數
401 4公尺 1 單顆半人馬座火箭引擎 9,797公斤[26] 4,750公斤[26] 28
402 4公尺 1 雙顆半人馬座火箭引擎 12,500公斤[27] 0
411 4公尺 1 1 單顆半人馬座火箭引擎 12,150公斤[26] 5,950公斤[26] 3
412 4公尺 1 1 雙顆半人馬座火箭引擎 0
421 4公尺 1 2 單顆半人馬座火箭引擎 14,067公斤[26] 6,890公斤[26] 5
431 4公尺 1 3 單顆半人馬座火箭引擎 15,718公斤[26] 7,700公斤[26] 2
501 5.4公尺 1 單顆半人馬座火箭引擎 8,123公斤[26] 3,775公斤[26] 6
502 5.4公尺 1 雙顆半人馬座火箭引擎 0
511 5.4公尺 1 1 單顆半人馬座火箭引擎 10,986公斤[26] 5,250公斤[26] 0
512 5.4公尺 1 1 雙顆半人馬座火箭引擎 0
521 5.4公尺 1 2 單顆半人馬座火箭引擎 13,490公斤[26] 6,475公斤[26] 2
522 5.4公尺 1 2 雙顆半人馬座火箭引擎 0
531 5.4公尺 1 3 單顆半人馬座火箭引擎 15,575公斤[26] 7,475公斤[26] 3
532 5.4公尺 1 3 雙顆半人馬座火箭引擎 0
541 5.4公尺 1 4 單顆半人馬座火箭引擎 17,443公斤[26] 8,290公斤[26] 3
542 5.4公尺 1 4 雙顆半人馬座火箭引擎 0
551 5.4公尺 1 5 單顆半人馬座火箭引擎 18,814公斤[26] 8,900公斤[26] 6
552 5.4公尺 1 5 雙顆半人馬座火箭引擎 20,520公斤[27] 0
重型-1 (HLV/5H1) 5.4公尺 3 單顆半人馬座火箭引擎 13605 公斤 0
重型-2 (HLV DEC/5H2) 5.4公尺 3 雙顆半人馬座火箭引擎 29,400公斤[26] 0

發射記錄[编辑]

從2002年8月的第一次發射到2015年10月間的58次發射中,擎天神5號運載火箭有幾近完美的成功率,僅有2007年6月15日發射NRO L-30衛星時,因第二節的半人馬座火箭引擎提早4秒關閉,導致酬載物-兩顆海洋監測衛星-進入較預期低之軌道[28],然而,買主美國國家偵察局認為此次任務是成功的,而此事故也經過徹底的調查。經過此次些微失敗後,擎天神5號運載火箭至今未嘗敗果。

2007年活門異常[编辑]

擎天神5號運載火箭目前唯一一次部分失敗是在2007年6月15日,第二節的半人馬座火箭引擎提早關閉──導致兩顆美國國家偵查部L-30海洋監測衛星進入比原本預定高度低的軌道[29]。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5號運載火箭的發射日期[30]。 最後資料更新於2015年11月4日

未來發展[编辑]

擎天神5號重型運載火箭[编辑]

擎天神5號重型運載火箭,又稱重型運載火箭使用三枚標準核心火箭,可以酬載近30公噸的太空船到達低地球軌道[95]。擎天神五號重型運載火箭約95%的硬體設備都與擎天神5號運載火箭所使用的技術大致相同[3]。擎天神5號重型運載火箭的酬載能力與三角洲4號重型運載火箭相近,後者使用洛克達因公司研製及製造的美製 RS-68 引擎[3]。 三角洲4號重型運載火箭至今已發射三次。2008年時,擎天神五5號重型運載火箭從接到訂單到發射需要30個月[96],不過此時聯合發射同盟完全沒有提及確切的運載火箭建造與測試計畫,整個擎天神5號重型運載火箭也在火神運載火箭提出後告吹[97]

火神運載火箭[编辑]

火神運載火箭是聯合發射同盟未來要取代擎天神5號運載火箭與三角洲4號運載火箭所發展出的下一代運載火箭[98]。主要架構是使用三角洲4號運載火箭的第一節加上兩顆藍色引擎4設計的新型火箭引擎[99][100],洛克達因航空噴氣公司的AR-1液體火箭引擎則做為備案[101][102],另外也會搭配1~6枚不等的固體輔助火箭。

相關圖片[编辑]

參考資料[编辑]

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一般參考[编辑]