[科普中国]-宇宙神式运载火箭

简介

宇宙神系列火箭，由美国通用动力公司制造， 宇宙神-5运载火箭已连续生产30多年。火箭长25.1米，直径3米，起飞重量120吨。目前经常使用的是宇宙神—阿金纳D号和宇宙神—半人马座号两种型号。前者重129吨，能把2吨重的有效载荷送入500千米高的地球轨道；后者重139吨，近地轨道的最大运载能力为4吨。它们除作为月球号和火星号星际探测器的运载工具外，曾用来发射过通信卫星和美国第一艘载人飞船水星号进入太空。自1959年以来，已发射500多次，是使用最广泛的一种运载工具。 1

演变历史宇宙神五号运载火箭为宇宙神系列运载火箭中最新的型号，其技术来自早期的宇宙神二号运载火箭，主要则是宇宙神三号运载火箭，大部分的推进系统、电子设备及火箭结构有沿袭早期火箭，有些则是小幅修改。外观上最明显的修改为第一节的燃料槽，不再使用10呎直径的不锈钢硬式壳槽，亦不用的有中央隔壁的“气球”结构，也不再用“一节半”的技术(于发射至进入轨道途中将三颗引擎中的两颗丢弃)，宇宙神五号运载火箭则使用类似泰坦系列运载火箭及太空梭外部燃料槽的12.5呎直径铝合金锻接燃料槽。2

发射地点宇宙神五号运载火箭属于美国空军的改进型一次性运载火箭(EELV)的一部分，不可重复使用代表此种运载火箭只能使用一次。发射地点在卡纳维尔角空军基地复合式41号发射台，另外位于西岸的范登堡空军基地3E号发射台发射极地轨道的卫星。

技术构造第一节宇宙神五号系列运载火箭主引擎为俄罗斯的RD-180引擎，第一节为新研发的通用核心推进器(CCB)，最多可以捆绑式加装五枚航空喷气公司制造的固态辅助火箭，标准核心火箭直径为3.8公尺(12.5呎)，长32.5公尺(106.6呎)，可填装284,450公斤(627,105磅)的液态氧及煤油，标准核心火箭的推进时间约4分钟，俄罗斯的RD-180引擎于发射时提供推力约4百万牛顿(860,000磅)，飞行中产生的最大推力可达4.152百万牛顿。

第二节第二节的半人马座火箭有加压燃料槽使之稳固，并使用低温燃料(液态氢或液态氧)，宇宙神五号运载火箭的第二节直径为1.68公尺(5.5呎)，所使用引擎为一颗或两颗普拉特-惠特尼RL10A-4-2火箭引擎(Pratt & Whitney RL10A-4-2 engines)，每颗引擎产生99.2千牛顿(22,300磅)。改良RL10A-4-2火箭引擎外型是增加第二节的操作性能和可靠程度，另外惯性航行装置(inertial navigation unit，INU)也装在半人马座火箭上，让宇宙神五号运载火箭和半人马座火箭可以稳定的飞行，也控制宇宙神运载火箭和半人马座火箭的燃料槽压力及燃料使用量，半人马座火箭的引擎也可以在真空中点燃，可将人造卫星送入低地球轨道，进入低地球轨道后，可形成椭圆的地球同步轨道(GTO)，再经过第三次点火，即可从椭圆的地球同步轨道转为圆形的地球同步轨道(GEO)。半人马座火箭有着高燃烧比率(燃料燃烧完全比率)，所以可以搭配各种不同的重量的末端节，也可以用来作商业运载火箭，将人造卫星放置在较远的轨道。
在宇宙神五号运载火箭第一次发射之前，有许多系统已经升级或增强了，例如容错惯性飞行装置(Fault Tolerant INU，FTINU)可增加宇宙神系列运载火箭的可靠性。

酬载舱(整流罩)宇宙神五号运载火箭有两种常用的酬载舱(整流罩)。第一种是典型4公尺直径的酬载舱，从宇宙神二号运载火箭开始使用，属于标准和较纤细的酬载舱(参见宇宙神五号运载火箭第4次发射Inmarsat 4-F1卫星)，第二种是洛克希德马丁公司所研发的加大型5公尺直径(实际上是4.57公尺直径)酬载舱，建造地点则为位在瑞士的Contraves太空(现为Oerlikon太空)。Contraves太空所制的整流罩使用复合材料，此复合材料在早期的运载火箭的整流罩即使用过，不须在另寻新的材质。第三种则是加长版的酬载舱，是用来运载宇宙神五号重型运载火箭的酬载物。前两种酬载舱是用来酬载宇宙神五号500型运载火箭。在2008年4月14日，宇宙神五号运载火箭运载了迄今最重的酬载进入轨道──一枚由加利福尼亚州帕洛亚托的太空系统/眼端公司(Space Systems/Loral of Palo Alto, CA)所制造的电信通讯卫星，重6648公斤(14625磅)。

发射记录从2002年8月的第一次发射到2010年8月间的22次发射中，宇宙神五号运载火箭有几近完美的成功率，但于2007年6月15日发射NROL-30卫星时，因第二节的半人马座火箭引擎提早关闭，导致酬载物－两颗海洋监测卫星－进入较预期低之轨道，然而买主美国国家侦查部(National Reconnaissance Office)认为此次任务是成功的，而此事故也经过彻底的调查。于此次些微失败后，宇宙神五号运载火箭已有九次发射成功纪录。 3
2007年活门异常宇宙神五号运载火箭目前唯一一次失败是在2007年6月15日，第二节的半人马座火箭引擎提早关闭──导致两颗NRO L-30海洋监测卫星进入比原本预定高度低的轨道。这次发射失败是因为一个漏气的活门。更换新型活门延迟了下一次的宇宙神五号运载火箭的发射日期。