[科普中国]-飞马座号运载火箭

简介

“飞马座”运载火箭是一种采用惯性制导的三级固体有翼火箭，由轨道科学公司（Orbital Sciences Corp.）和赫尔克里士航空航天公司（Hercules Aerospace Co.）合资组成的风险企业投资并负责研制。轨道科学公司负责“飞马座”火箭研制计划的全面管理、硬件抓总和整个火箭的试验工作；赫尔克里士航空航天公司负责一、二、三子级的发动机和有效载荷整流罩的设计、制造和鉴定。

“飞马座”运载火箭还是美国第一种由载机运送到高空并从空中发射的运载火箭。它不受地理条件的限制，可从不同的机场起飞和地球上空任何地点发射，不仅能够增加发射窗口时间，还能扩大轨道倾角范围。地面辅助设备极少，发射操作简单，因而具有很大的使用灵活性。

“飞马座”运载火箭在设计上充分利用了经过验证的技术和美国在固体推进、材料、电子等领域的最新成果，从而具有质量小、成本低、简单可靠、使用灵活方便等优点。火箭的各分系统，除飞行中止系统外，都不采用冗余系统。零件的数量和总装工作量尽可能减少，试验的类型与次数也被压缩到最低限度。这样，“飞马座”火箭的发射费用仅为对等的地面发射火箭的一半，而运载能力却提高了一倍。

在作用上，“飞马座”可用作美国国家空天飞机的试验器，用来验证空天飞机的计算流体动力学软件和其他技术。它具有较大的军用潜力，适合于战时发射小卫星，也可用来运送武器弹药，使军事指挥员拥有攻击地球上任何目标的能力；可以用作“星球大战”计划试验的靶机；还可发射侦察机，使其能在入轨的第一圈即可对目标进行侦察。1

历史沿革“飞马座”火箭的方案设想是轨道科学公司的总工程师伊莱亚斯（A.L.Elias）于1986年提出的。1987年4月开始型号研制，1989年7月完成火箭的总装，研制周期约为3年。首次飞行试验原定于1989年7月进行，但由于增加了3次“飞马座”火箭与B-52载机的静态飞行试验（时间分别为1989年11月9日、1989年12月15日和1990年1月30日），以验证地面与空中操作程序、火箭与载机的机械和电气接口以及遥测与飞行中止系统的靶场适应性，这样，首次发射时间不得不推迟。

1990年4月5日 夏令时间上午11时3分，NASA的B-52飞机载着“飞马座”火箭飞离爱德华兹空军基地，12时10分到达距加利福尼亚州蒙特雷（Monterey）西南约96560m、高度约13100m的投放点投放并发射，于12时19分45秒将NASA与国际高级研究计划局（DARPA）的小飞马座卫星（Pegsat）准确地送入了预定的极地轨道（预定轨道高度593km，倾角94±0.2°；实际高度583.76km，倾角误差0.15°）。

“飞马座”火箭的运载能力是272kg（极地轨道）或408kg（近地轨道）。总研制费用为6000万美元，轨道科学公司与赫尔克里士航空航天公司各承担约3000万美元，每次发射的费用是600~700万美元（均为1990财年币值）。“飞马座”火箭每年可发射12次，估计发射15~20次即可收回其研制、管理和操作费用。1

在1990到2013年，飞马座已经执行了42次飞行任务，其中大部分均是由L-1011飞机搭载“飞马座XL”在范登堡空军基地起飞执行任务，且成功率高。发射失败的情况大部分集中于上个世纪90年代。3

而目前计划的飞行任务有：

于2016年11月10日，由L-1011飞机搭载备有气旋全球导航卫星系统（Cyclone Global Navigation Satellite System,CYGNSS）的“飞马座XL”运载火箭于卡纳维拉尔角起飞发射。4

于2017年6月15日，同样由L-1011飞机搭载备有电离层连接资源管理器（Ionospheric Connection Explorer,ICON）的“飞马座XL”运载火箭于夸贾林环礁起飞发射。5

性能指标飞马座运载火箭包括标准型和加长型（飞马座XL）两个型号，均为三级固体运载火箭，采用端羟基聚丁二烯推进剂。标准型飞马座全长15.5m，直径1.27m，翼展6.7m，起飞质量18.886t，起飞推力498.2kN；极地轨道运载能力272kg，近地轨道运载能力408kg；在720km的极地轨道上，入轨精度为倾角偏差0.2°、高度偏差36km1。加长型飞马座XL是在基本型的基础上通过加长一、二级和提高性能发展而来的，全长16.9m，起飞质量23.13t，近地轨道运载能力443kg。2

发射标准型飞马座火箭的载机为改装的B-52轰炸机，运载火箭吊挂在机翼下。加长型飞马座XL使用改装的L－1011飞机作载机，火箭吊挂在载机腹部。发射时，火箭由载机携带至预定地点上空投放，自由下落5s后点火，投放时，飞机高度约11900m，飞行速度0.8Ma（马赫）。2

推进系统“飞马座”各子级的发动机均由赫尔克里士航空航天公司研制并生产，发动机壳体采用石墨/环氧复合材料缠绕而成。发动机在研制过程总采用了传统的设计思想，如充分利用现有火箭与导弹工程（如“三叉戟 II”型潜地导弹、“潘兴 II”型导弹、小型洲际导弹以及“德尔它 II”型运载火箭固体助推器等）所取得的技术成果；采用固体火箭发动机推进剂、壳体、绝热层、喷管、自动化制造工艺的最新成果；各子级最大限度地使用相同组件与加工方法；采用保守的安全系数（1.4），以保证可靠性与降低成本。1

制导和控制系统制导和控制系统采用先进的电子组件，广泛使用计算机，共用14台微处理机进行箭上运算和发射前测试。制导系统包括带环形激光陀螺的惯性测量装置（由利顿、基尔福特和霍尼韦尔公司制造）和飞行计算机（航空技术系统有限公司制造），用于火箭的导航与制导。

“飞马座”火箭的自动飞行驾驶仪以箭载68020型飞行计算机为主，具有制导、导航和控制等多种功能，还带有一个事件程序装置，以便对火箭进行精确制导。自动驾驶仪靠数据加载装置来驱动，这种数据加载装置适用于任何飞行任务，可以在地面或控制（火箭从载机上投放前）将数据装入飞行计算机的非易失性（non-volatile）存储器。自动驾驶仪处理机还能对制导、导航与控制的性能实施监控，通过飞行遥测系统向下传输实时性能数据。1

遥测系统“飞马座”火箭的遥测系统包括天线、发射机、接收机、多路调制器、跟踪转发器及各种传感器，用于实时测量与传输火箭飞行性能的数据（如所有飞行的关键事件、应力状况和温度等）。早起的火箭飞行要携带更多的敏感元件以获取大量数据。

遥测系统可以和制导系统一起用于火箭飞行前的地面测试。这样可以无需断接电缆，无需采用断路接线盒与专用接头。1