空射火箭:个头虽小 意义重大

  出品:科普中国

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  作者:矛隼工作室

  作者:兰顺正 察哈尔学会研究员中国指挥与控制学会会员

  监制:光明网科普事业部

  策划:宋雅娟

  有人或许会发现,火箭有的在越来越大,有的却在越来越小。大的,有重达三千吨的超级SLS太空发射系统,小的,却有只有一吨多重的小火箭也在越来越多。

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  这些火箭有我国的快舟一号、长征十一号,外国的则有轨道ATK公司的飞马座火箭。这些轻小型的火箭只能将小型卫星送上太空,而且单位运送价格也不比猎鹰九号等大型火箭低。那么,大家为什么要发展这些看似鸡肋的小型火箭呢?

  近日据相关媒体报道,由美国微软公司联合创始人保罗·艾伦创立的航天企业斯特拉托发射系统公司于20日公布了最新发展计划,世界上翼展最大的飞机有望于2020年携运载火箭升空。据悉,负责运送火箭的飞机绰号“大鹏”,是一架有着世界上最大翼展的双体飞机,它有两个机身、六个引擎,翼展达117米,接近一个标准足球场的长度。这款飞机将携带不同类型的火箭从地面升空,然后让火箭在高空点火、发射、脱离大气层,将卫星送入轨道。这架飞机首先挂载的将是美国诺思罗普-格鲁曼公司建造的“飞马座”火箭,这款空射型运载火箭先前已多次搭乘其他载机发射成功。“飞马座”最多可将370千克载荷送至400千米高空,它与上述双体飞机的首飞定于2020年完成。无疑,“大鹏展翅”意味着运载火箭空中发射技术将变得越发成熟。

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  图为轨道ATK公司的飞马座火箭

  图片来自网络

  首先,我们要理解发射工位的概念。工位,就是火箭能够发射的平台,火箭发射总是需要一个发射场的,但是建设一个发射场可是非常复杂的事情。以我国为例,我国有太原、西昌、酒泉、文昌四个火箭发射基地,总计工位数一共都没有几个。而且工位可不是通用的,例如长征五号这样的大型运载火箭,就只能在南方的文昌发射中心发射。

   源于冷战的空中发射

  如果在战时,各大火箭发射基地显然是第一个收到攻击的目标。而且,这些发射中心可不和机场一样,挨了炸弹之后铺上钢板就能复用,航天发射是一个很精细的事情。工位一旦受到破坏,没有一年半载是没办法修复的。

  空中发射是指以航空器为载体,将运载火箭从空中释放并点火,由运载火箭将有效载荷发射入轨的一种运载火箭发射模式。本质上讲,运输运载火箭的载机作为火箭可重复使用第1级应用,充分利用气动力,为火箭提供初速度和高度。按照运载火箭在飞行器上的装载方式,空基发射运载火箭的方式主要分为背驼式、
吊挂式、 内置式、 拖曳式、 空中加油式和气球或飞艇空中发射六种。
其中吊挂式是目前最为成熟的空基运载火箭发射方式。

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  图为美国当年发射土星五号的LC39A工位(来源:NASA)

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  另一方面,战时卫星也是第一个受到攻击的目标,我们都知道各国的反卫星武器层出不穷,为的就是在第一时间摧毁敌对卫星星座,尤其是间谍卫星、通讯卫星和中继制导卫星。因此,快速补射卫星的能力是各大国的核心战略能力。

  而从飞机上发射火箭源于美、苏在上世纪70年代争霸背景下提出的反卫导弹、战略导弹空基发射设想。在上世纪80年代末期,原苏联一家设计局披露了他们研究的一种新的系列空射型运载火箭,这种四级固体空射型运载火箭从原苏联经过改进的安124运输机的后货舱门发射。可将小型有效载荷送入低地轨道,最大的一种型号可将450公斤重的有效载荷送入轨道。不过该方案后因成本过高、技术难度过大和研制周期过长而终止。据报道,1990年美国进行了世界上首次空中发射任务,从那以后,共43枚火箭通过大型运输机发射。

  但是,我们刚刚说的这些小火箭,几乎都不需要大型工位就可以发射升空。

   优点多多的空中发射

  原因很简单,是因为其都使用的是固体燃料发动机,无需提前加注和测试流程就可升空。尤其是长征十一号,其干脆有配套的机动式发射装置,发射流程也就和弹道导弹一样,找到一块平地,起竖,装订目标轨道数据然后发射升空就可以了。

  而相比地面发射火箭,空中发射具备特定的优势。

  然而,美国的轨道ATK公司“飞马座”火箭的发射模式更加有趣——空射火箭!

  首先地面上发射火箭,需要消耗大量燃料。而如果让飞机飞到高空,在空中发射火箭,可以减少很多空气阻力;空中发射无需地面配合和附属设施,火箭可以做得比较小,并在大型运输机平台上获得初始动力,可以节省很多燃料。

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