[科普中国]-战神5号运载火箭

简介

战神5号货物运载火箭的原型是著名的“土星－5号”运载火箭。“土星－5号”运载火箭在美国的“阿波罗”登月计划中的一个重要角色。新型运载火箭战神5号能够将四十五吨重的月球着陆探测器送入太空。其将使用两个五节固体燃料火箭加速器和J－2X火箭发动机。

战神”5火箭是美国下一代航天运输系统中的重型货运火箭，作为NASA安全而可靠地向太空运送大型设备的主力火箭，所运送的货物既包括建造月球基地所需的登月飞船和物资，也包括食品、水和其它物品。在NASA的探测任务目标下，“战神”5是正在“星座”计划下研制、将用于把人员送到月球乃至火星和太阳系中更远的地方的高效费比航天运输基础设施的重要组成部分。
“战神”5的研制工作由设在NASA马歇尔航天飞行中心的战神项目组共同研制新的火箭设备和飞行系统，并使来自大型“土星”火箭及航天飞机推进组件的各项技术。
“战神”5是一种垂直吊装的两级重型火箭，能把近188吨的货物送入低地轨道。与“战神”1载人火箭配合共同把有效载荷先送入地球轨道的情况下，“战神”5可把近71吨的货物送往月球。“战神”5的第一级依靠的是两台5.5段式可重复使用固体火箭助推器。
“战神”5火箭的两台可复用固体火箭助推器将安装在称为“芯级”的单台液体燃料核心助推器两侧。该芯级的贮箱是由“土星”5火箭衍生而来的，用于向成组安装的6台RS-68B火箭发动机输送液氧和液氢推进剂。RS-68B是目前用在德尔它4火箭上的RS-68发动机的升级型号。RS-68是由美国空军出资在19世纪90年代为其“渐进一次性运载器”计划以及商业发射使用而研制的，这些推进组件构成了“战神”5的第一级。芯级和“战神”5的离地级（上面级）连接到一起。离地级采用J-2X主发动机。

战神5号火箭运载重物的质量是航天飞机载重量的6倍，运载重物的容量是航天飞机的3倍。
战神5号火箭甚至可以将体积更大的望远镜送入太空。它可以运送大型分段式望远镜(segmented telescope)，分段式望远镜有多个镜片，这些镜片可以折叠以利于运输，比如“詹姆斯·韦伯”太空望远镜，但新型分段式望远镜的体积却是“詹姆斯·韦伯”望远镜的三倍。

发射用固体火箭助推器和芯级推进系统将把火箭带入低地轨道。与用完了的芯级分离后，离地级的J-2X发动机将开始工作，把火箭送入一条圆形轨道。离地级的整流罩将分离，以准备登月舱与“奥利安”飞船的交会对接。乘有4名宇航员的“奥利安”飞船由“战神”1火箭单独发射，然后与已入轨的离地级及其登月舱有效载荷对接。对接后，离地级会再次让J-2X发动机点火工作，以获得挣脱地球引力束缚所需的逃逸速度。对接后的组合体由此将开始飞往月球的征程。
离地级在将“奥利安”飞船和“牵牛星”登月舱的组合体送上奔月的路线后将被抛掉。进入月球轨道后，宇航员将迅速转入登月舱，然后落向月面。“奥利安”飞船将留在月球轨道上，直到宇航员乘登月舱的上升级离开月面后与其交会对接，然后开始返回地球。
“战神”5在向地球轨道或地月转移轨道运送重型探测、科学和商业有效载荷方面也具有无可匹敌的能力。这种能力还将使NASA能在未来适时地对比月球更远的地方开展载人探测。
“战神”5火箭的首次试飞计划在2018年前后进行，而首次执行载人登月任务的时间则定在2020年前后。火箭的可复用固体火箭助推器主承包商为ATK发射系统公司，J-2X上面级发动机和RS-68B芯级发动机主承包商为普惠洛克达因公司。

优势据美国宇航局网站报道，在天文学“游戏”中，尺寸至关重要。要想获得距地球数十亿光年远的天体清晰照片，我们便需要大口径天文望远镜。随着美宇航局新一代战神5号火箭即将问世，天文学的“游戏规则”或由此改变。

对天文研究产生重大变革

特伦森领导实施了多项先进的天文学概念研究。他认为，“美宇航局新型战神5号火箭将彻底改变‘游戏规则’。”战神5号火箭担负着发射美宇航局新一代载人月球登陆器及月球基地所需要货物的重任，其庞大的保护罩足可装下大约8辆校车，火箭的动力足以将18万公斤的重物(大约相当于16或17辆校车)送入低地轨道。另外，战神5号火箭运载重物的质量是航天飞机载重量的6倍，运载重物的容量是航天飞机的3倍。

特伦森说：“想一想，这种火箭所能发射的望远镜将会是什么样子。这种望远镜将对天文学研究产生重大变革。”马歇尔太空飞行中心光学工程师菲尔·斯塔西尔(Phil Stahl)举例说明了这一点：“战神5号可以携带直径达8米的超大口径望远镜，我们目前已掌握了制造这种望远镜的技术。由于不必将大型望远镜放到小型运载火箭上发射，这样，发射的危险相对较低，同时在成本方面还存在巨大优势。”

斯特西尔指出，相比之下，“哈勃”天文望远镜直径只有2.4米。直径8米的单镜面望远镜(monolithic telescope)观测物体的清晰度是“哈勃”望远镜的3倍。更为重要的是，在相同的观测时间内，直径8米的望远镜可以看到的天体会比“哈勃”望远镜暗上11倍，因为前者的光收集区域是后者的11倍。

战神5号火箭甚至可以将体积更大的望远镜送入太空。它可以运送大型分段式望远镜(segmented telescope)，分段式望远镜有多个镜片，这些镜片可以折叠以利于运输，比如“詹姆斯·韦伯”太空望远镜，但新型分段式望远镜的体积却是“詹姆斯·韦伯”望远镜的三倍。

敏感度是哈勃近两千倍

太空望远镜科学研究所的天文学家马可·鲍茨曼(Marc Postman)多年来一直在设计直径16米的分段式光学/紫外望远镜——ATLAST(先进技术大孔径太空望远镜的缩写形式)。如此大孔径的望远镜的科学意义当然不同寻常。鲍茨曼说：“ATLAST望远镜的敏感度是哈勃望远镜的近2000倍，图像清晰度是哈勃或詹姆斯·韦伯望远镜的7倍左右。它可以帮助我们揭开一个旷日持久的谜团——‘地球以外的地方是否还存在生命？’”

ATLAST望远镜的超敏感度还可以大大增加天文学家对样本大小恒星的观测范围，在宇宙某个角落去寻找适于生命居住的星球。鲍茨曼说：“在太空望远镜的帮助下，我们可以获取绕附近恒星(距地球60至70光年远)旋转的地球质量行星的光谱。我们可以从这些行星的光谱信号中探测氧气和水的痕迹。ATLAST望远镜还能精确确定地球附近星系中恒星的诞生日期，让我们对星系聚集恒星的方式进行准确描述。”

ATLAST望远镜还可以探究星系和黑洞之间的联系。科学家知道，几乎所有现代星系的中心都有超大质量的黑洞。鲍茨曼解释说：“超大质量黑洞的形成和星系的形成可能存在着重要联系，但我们不了解它们这种关系的性质。是黑洞最先形成，作为种子让星系在它们周围生长呢，还是星系最先形成，作为恒温箱养育了超大质量的黑洞呢？大型紫外/光学望远镜可以解答这个问题：如果我们的望远镜发现古代星系中心没有超大质量的黑洞，这意味着星系没有黑洞亦能存在。”

美国得克萨斯大学天文学家丹·莱斯特(Dan Lester)提出了建造一种直径达16米的大型望远镜的想法，这种望远镜将用于探测远红外波长。莱斯特说：“远红外望远镜与斯塔西尔和鲍茨曼的光学望远镜截然不同，但是对它们的有力补充。在光谱的远红外线部分，我们一般不能看到恒星星光本身，但可以看到恒星周围的尘埃和气体的闪光。在恒星形成的早期阶段，原恒星周围是可见光无法穿透的一层层尘埃物质。远红外望远镜可以让我们探测这些巨大、稠密云团的内部。”

大型望远镜前景一片光明

在远红外线范围内进行科学观测尤其具有挑战性。这些长长的波长直径是可见光的数百倍，所以，天文学家很难获得天体的清晰照片。莱斯特说：“大型望远镜是获取高清晰红外线波长所必需的。”同斯塔西尔和鲍茨曼的望远镜一样，莱斯特的单孔径远红外望远镜(缩写SAFIR)有两种型号：8米单镜面和16米分段式。

莱斯特意识到，在战神5号火箭帮助下，他可以发射一台不需要复杂折叠的8米望远镜，“但另一方面，如果我们不介意因折叠功能而增加复杂性和费用，同时使用战神5号火箭来发射，那么我们就可以发射真正大口径望远镜。”除了上述望远镜外，战神5号火箭还可以将直径8米的X射线望远镜发射到太空。美宇航局颇负盛名的钱德拉X射线太空望远镜只有一面直径为1米的镜子，可以想象，拥有一面直径8米镜子的钱德拉望远镜会揭示一个怎样的世界！

钱德拉X射线太空望远镜中心天文学家罗格·布里森登(Roger Brissenden)对未来一台称为Gen-X的8米X射线太空望远镜的前景激动万分。他说：“Gen-X将是拥有超凡力量的X射线太空望远镜，会开辟天体物理学的新边疆。这台望远镜将会去观测宇宙大爆炸以后数千亿年诞生的最早一批黑洞、恒星和星系，帮助我们确定它们怎样随时间演变。眼下，对年轻宇宙的研究几乎完全停留于理论层面，但在超强敏感度的望远镜的帮助下，这些早期天体将显露庐山真面目。”

战神5号火箭确实会增强我们对宇宙的了解。特伦森说，它将摆脱科学任务质量和体积限制的枷锁，将我们带入深空，“观测你做梦也想象不到的无数天文现象。这颗大型火箭将会彻底改变天文学研究。我对这一天有些迫不及待了。”

星座计划美国新一代航天工程“星座计划”则包含了载人登月等一系列雄心勃勃的目标，旨在2015年开始将宇航员送达国际空间站，然后2020年再次载人登月。
一、战神-1是载人航天载具，用于发射新一代载人探索航天器——猎户座飞船，取代NASA当前使用的航天飞机。
二、战神-4既可以用来发射货物也可以用来发射飞船，送月球着陆器或猎户座飞船进入正确轨道。
三、战神-5目前的定位是货物运载火箭，运载牵牛星号登月舱，以后火星探测计划中其功能将得到进一步扩展，可能将用于人员运输。

基本数据战神5号运载火箭

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