[科普中国]-先锋号运载火箭

概述

“先锋号”运载火箭是美国政府批准研制的第一种未以导弹型号为基础发展的专用运载火箭。其计划于1955年7月28日批准，由海军研究实验室负责计划管理并委托马丁公司（Martin Company）研制。设计工作于1956年春结束，在计划接近结束时，移交美国国家航空航天局（NASA）管理。经过三次考验单个部件、系统和程序的发射试验后，1957年12月6日进行第一次全箭发射，但这次试验，火箭在发射台上烧毁。1958年2月5日，第二次试验也失败了。1958年3月17日，才成功地将1.47kg重的“先锋1号”试验卫星送上地球轨道。又经过四次发射失败后，1959年2月17日成功地发射了“先锋2号”卫星。此后又有二次发射失败，直到1959年9月18日，又将“先锋3号”高空测量卫星送上轨道。计划到此结束，总共进行了14次试验，只有3次发射成功，远未达到预期的目标。1

该计划从开始到完成总投资估计1.11亿美元（1958年币值），其中火箭研制、试验、制造、发射和飞行操作、后勤保障、遥测及辅助设备费用为0.73亿美元（1958年币值）。1

主要技术性能“先锋号”运载火箭为3级运载火箭，一、二子级为液体推进级，三子级为固体级。箭体呈细长形，细长比约为19.25，结构质量比约为0.127。箭体的主要材料是铝合金和镁合金，总体布局如下图。箭体全长21.95m，最大直径1.14m，起飞质量10.2t，起飞推力120.13kN，推重比1.2，到达500km圆轨道的运载能力为25kg。1

一子级发动机，级长13.41m，直径1.14m，起飞质量8t，结构质量850kg，推进剂质量7.15t，引擎为1台X-405液体发动机，采用液氧和煤油作为推进剂，地面总推力120.13kN，比冲2471N·s/kg，工作时间145s。1

二子级发动机，级长5.79m，直径0.81m，起飞质量1.975t，结构质量400kg，推进剂质量1.575t，引擎为1台AJ10-37液体发动机，采用白色发烟硝酸和偏二甲肼作为推进剂，真空推力33.34kN，比冲2618N·s/kg，工作时间112s。1

三子级发动机，级长1.52m，直径0.46m，起飞质量200kg，结构质量25kg，推进剂质量175kg，引擎为1台X-242固体发动机，采用钾—高氯酸盐混合物作为推进剂，真空推力11.77kN，比冲2256N·s/kg，工作时间35s。1

整流罩长度2.14m，最大直径为0.81m，结构质量15kg。1

上述数据仅适用于发射“先锋2号”人造卫星用的型号SLV-4先锋号运载火箭（Satellite Launch Vehicle - 4）。1

飞行程序“先锋号”运载火箭首先从佛罗里达州卡纳维拉尔角的美国空军导弹试验场发射起飞；经过10s的垂直飞行后，保持一段近似无法向力轨道飞行直至空气动力不再是危险因素；开始一子级和二子级的分离；在二子级飞行末期，抛弃整流罩，露出三子级和卫星；二子级关机后，按程序转弯滑行，当T+535s~550s时，二子级分离，并点燃大致与当地地平线平行的三子级；三子级燃烧直至获得轨道速度；三子级燃尽后减速，专用分离装置计时器等候26s，然后闭合通向电动机的电路，拔掉电动机的固定销并使弹簧释放器旋转，弹簧给卫星一个约0.91m/s的相对速度，使其与三子级分离。

飞行记录1956年02月08日，代号TV-0“先锋号”运载火箭于卡纳维拉尔角的美国空军导弹试验场的东靶场发射以验证火箭发射可行性。1

1957年05月01日，代号TV-1“先锋号”运载火箭在东靶场发射进行飞行试验。1

1957年10月23日，代号TV-2“先锋号”运载火箭在东靶场进行发射试验。1

1957年12月06日，代号TV-3“先锋号”运载火箭搭载1.47kg试验球体在东靶场发射失败，原因：一子级点火失败，箭体烧毁。1

1958年02月05日，代号TV-3备（TV-3BU3）“先锋号”运载火箭搭载1.47kg试验球体在东靶场发射失败，原因：控制系统组件出现故障，发动机失控，二子级未点火。1

1958年03月17日，代号TV-4“先锋号”运载火箭搭载1.47kg试验球体在东靶场发射成功，轨道近地点643.7km，远地点3968.5km。1

1958年04月28日，代号TV-5“先锋号”运载火箭搭载一试验卫星在东靶场发射失败，原因：二子级继电器出现故障，未发出信号点燃三子级。1

1958年05月27日，代号SLV-1“先锋号”运载火箭搭载0.45kg的IGY卫星在东靶场发射失败，原因：二子级发动机在主动段末期没能正确关闭。1

1958男06月26日，代号SLV-2“先锋号”运载火箭搭载一卫星在东靶场发射失败，原因：二子级发动机过早关键，导致燃烧压力过低。1

1958年09月26日，代号SLV-3“先锋号”运载火箭搭载地球反射仪在东靶场发射失败，原因：二子级出现故障。1

1959年02月17日，代号SLV-4“先锋号”运载火箭搭载10.8kg的V-2卫星在东靶场发射成功，轨道近地点558.4km，远地点3321.6km。1

1959年04月13日，代号SLV-5“先锋号”运载火箭在东靶场发射失败，原因：俯仰控制失败。1

1959年06月02日，代号SLV-6“先锋号”运载火箭在东靶场发射失败，原因：二子级燃料压力降低。1

1959年09月18日，代号SLV-6备“先锋号”运载火箭在东靶场搭载24kg的V-3卫星在东靶场发射成功，轨道近地点513.4km，远地点3748.1km。1

从1957年到1959年，“先锋号”运载火箭先后进行了14次发射试验，只有3次发射成功地将卫星进入轨道。1