宇宙神系列运载火箭
| 宇宙神系列运载火箭 | |
|---|---|
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| 宇宙神2号运载火箭、宇宙神3号运载火箭与宇宙神5号运载火箭的比较 | |
| 类型 | 一次性运载火箭并有许多种衍生型号 |
| 制造商 |
康维尔 通用动力 洛克希德·马丁 联合发射同盟 |
| 首飞 | 1957年12月17日[1] |
| 起役日期 | 1957年 |
| 状态 | 宇宙神5号运载火箭为现役火箭 |
| 主要用户 |
美国空军 美国国家航空航天局 |
| 生产年份 | 1957~2010年代 |
宇宙神系列运载火箭（Atlas，也称作阿特拉斯火箭）属于美国研制运载火箭，而宇宙神系列运载火箭的前身来自SM-65宇宙神导弹，这种导弹在1950年代末期完成设计且即刻布署，当时作为洲际弹道导弹来与苏联抗衡[2]，SM-65宇宙神导弹最初使用煤油及液态氧作为燃料，并延续此传统至最新型号，另外SM-65宇宙神导弹运用一项特别的设计－火箭发射推进时会将三个发动机的其中两颗抛弃，如此便能于发射时提供足够推力，亦能维持较长的推进时间。
宇宙神2号运载火箭于1991~2004年之间发射63次；宇宙神3号运载火箭仅于2000年~2005年之间发射6次；宇宙神5号运载火箭仍是现役的运载火箭，到目前为止仍持续发射，预计将持续发射任务直到2020年以后。
宇宙神的名称来自于卡莱尔·查理·博萨特在康维尔任职时所提出，命名来自于希腊神话的宇宙神，代表着当时最强而有力的洲际弹道导弹也是体现康维尔的母公司的一种表现，因为康维尔的母公司也称做宇宙神[3] 。
时至2015年10月，已经有346次的宇宙神系列运载火箭在卡纳维拉尔角空军基地发射；另外也有295次在范登堡空军基地发射，整体而言形成一个庞大的系列运载火箭[4][5]。
演进历程
[编辑]宇宙神导弹
[编辑]SM-65宇宙神导弹首次发射成功在1957年12月17日[6]，发射成功后，一共有约350枚宇宙神导弹被制造出来并且布署在美国各地，大部分的宇宙神导弹在除役后大都扮演运载火箭的角色，命名为宇宙神E/F，也作为GPS试验卫星 Block I的发射工具，完成最初全球定位系统的试验[7]。
第一枚用于非军事用途的宇宙神导弹是在1958年12月18日，宇宙神导弹被改装成宇宙神运载火箭，并成功发射号志传讯通信轨道卫星（SCORE），也是首次实际应用火箭技术来发射通信卫星[8][9]。水星计划时也以宇宙神火箭作为载人任务的运载火箭，例如1962年2月20日发射友谊七号，成功达成美国首次到达太空的宇航员的成就，其名为约翰·格伦。同样地，宇宙神运载火箭于1962~1963年间也运送另外三名水星计划的宇航员至外层空间。
在1960年代初期，宇宙神火箭普遍使用的末端节为爱琴娜末端节，称之为宇宙神-爱琴娜火箭，燃料是四氧化二氮/联氨，美国空军和美国国家情报局均使用它来发射网络间谍卫星[10]。美国国家航空航天局则偏好其他行星的探索，发射游骑兵卫星探测月球表面的组成和发射水手2号来进行金星探测，也成为第一个飞到其它行星的人造物。随后的双子座计划也是使用宇宙神火箭来运送太空对接的舱组，完成美国首次太空漫步的目标。
从1963年起，半人马座液态氢末端节取代原本的爱琴娜末端节，称之为宇宙神-半人马运载火箭，美国国家航空航天局使用此种新式燃料发射测量员计划及飞往其他太阳系行星的水手号探测器。
| 型号名称 | 首次发射 | 末次发射 | 总发射次数 | 成功 | 洲际弹道导弹来源 | 末端节 | 著名有效载荷 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Atlas-Vega[11] | - | - | 0 | 0 | Atlas E | 装有燃料的单节 | 无 | 与宇宙神-爱琴娜火箭具有相同的发展背景，最终在1959年被取消 |
| Atlas-Able | 1959 | 1960 | 3 | 0 | Atlas-D/Able(Delta-A)[12] | Altair | 无 | 其中2枚火箭在组装时就未能成功；另外三枚火箭作为到达月球的先锋计划，不过都未能成功。 |
| Atlas LV-3B | 1959 | 1962? | 9 | 9 | Atlas D | 无 | 水星计划前的测试 | |
| Atlas LV-3A | 1960 | 1968 | 49 | 38 | Atlas D | Agena | 水手2号, 游骑兵计划, 导弹防御预警系统 | 属于宇宙神-爱琴娜火箭的衍身型号，在1961年到1963年间被用来发射导弹防御警示系统卫星 |
| Atlas LV-3C | 1963 | 1967 | 11 | 8 | Atlas D | Centaur C | 属于宇宙神-半人马运载火箭的家族 | |
| Atlas SLV-3 | 1964 | 1968 | 51 | 46 | Atlas D | Agena | Corona, KH-7 Gambit | 与Atlas LV-3A相同，不过可靠性大幅提升。KH-7侦察者号卫星也属导弹防御警示系统的一种 |
| Atlas D | 1965 | 1967 | 7 | 6 | Atlas D | 无 | 洲际弹道导弹翻新成运载火箭 | |
| Atlas SLV-3B[13] | 1966 | 1966 | 1 | 1 | Atlas D | Agena D | 轨道天文台1 | |
| Atlas SLV-3C | 1967 | 1972 | 17 | 14 | Atlas D | Centaur D | 与Atlas LV-3C相同不过高度增加1.3米 | |
| Atlas F | 1968 | 1981 | 23 | 22 | Atlas F | 无 | 洲际弹道导弹翻新成运载火箭，于1978年到1981年用来发射Block I系列的全球定位系统卫星。 | |
| Atlas SLV-3A | 1969 | 1978 | 10 | 9 | Atlas D | Agena | Canyon | 与SLV-3相同，不过高度增加了2.97 米 |
| Atlas SLV-3D | 1973 | 1983 | 32 | 29 | Atlas D | Centaur D1A | 与Atlas SLV-3C相同，除了对末端节进行一些改良 | |
| Atlas E | 1980 | 1995 | 23 | 21 | Atlas E | 无 | 洲际弹道导弹翻新成运载火箭，于1981年到1985年用来发射Block I系列的全球定位系统卫星。 | |
| Atlas H | 1983 | 1987 | 5 | 5 | Atlas H | 移除半人马座的末端节 | 洲际弹道导弹翻新成运载火箭，改善运载火箭的航空电子 | |
| Atlas G | 1984 | 1987 | 6 | 4 | Atlas G | Centaur D1A | 与Atlas SLV-3D相同，但是高度又多了 2.06米 | |
| Atlas I | 1990 | 1997 | 11 | 8 | Atlas G改良版 | Centaur D1A改良版 | CRRES[14] | 与Atlas G大致相同，除了长度又在次增加4.27米并在有效载荷舱内增加环式激光陀螺。宇宙神1型运载火箭首度发射是1990年7月25日，所发射的卫星是CRRES卫星[15] |
| Atlas II | 1991 | 1998 | 10 | 10 | Atlas G改良版 | Centaur D1A改良版 | Eutelsat | 与Atlas I 大致相同，高度小幅增加2.74米，增加联氨对于火箭的翻滚控制，Centaur末端节也增加了0.9米，由当时的通用动力所制作，现今已被洛克希德·马丁所收购 |
| Atlas IIA | 1992 | 2002 | 23 | 23 | Atlas G改良版 | Centaur D1A改良版 | - | 与Atlas II大致相同，除了略为增强的末端节 |
| Atlas IIAS | 1993 | 2004 | 30 | 30 | Atlas G改良版 | Centaur D1A改良版 | - | 与Atlas IIA大致相同，除了增加4枚捆绑式的Castor IVA辅助火箭 |
宇宙神3号运载火箭
[编辑]宇宙神3号运载火箭不再使用3颗发动机然后中途关闭2颗发动机的一节半设计作为第一节，但仍保有使用气囊燃料槽的特色，第一级火箭发动机为一颗RD-180火箭发动机，末端节维持使用半人马座，可以选择装载单颗或两颗RL10火箭发动机。宇宙神3号运载火箭在2000~2005年间发射6次[16]。
| 型号名称 | 首次发射 | 末次发射 | 总发射次数 | 成功次数 | 第一节发动机 | 末端节发动机 | 著名有效载荷 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Atlas IIIA | 2000 | 2004 | 2 | 2 | 1xRD-180 | 1xRL10A | Eutelsat W4 | 从宇宙神IIA运载火箭大幅修改而成，第一节使用RD-180火箭发动机，并增加第一节长度多达4.4米 |
| Atlas IIIB | 2002 | 2005 | 4 | 4 | 1xRD-180 | 2xRL10A | 大致上与宇宙神IIIA运载火箭相同，除了增加末端节的半人马座长度并装备两颗RL10发动机 |
宇宙神5号运载火箭
[编辑]宇宙神5型运载火箭是由联合发射同盟在阿拉巴马州的迪凯特建造，主要有两个发射基地，包括卡纳维拉尔角空军基地的卡纳维拉尔角空军基地41号航天发射复合体与范登堡空军基地。宇宙神5型运载火箭首度发射日期为2002年8月21日，2006年被转移给了联合发射同盟，是由洛克希德·马丁与波音公司合资成立的机构。
整体而言第一节与宇宙神3号运载火箭相同，使用RD-180火箭发动机，不过舍弃气囊燃料槽，换成更为坚固的燃料储存槽构造，虽然重量增加了不少，但也不需要在运送途中考虑内部压力的问题，搭配使用洛克达因航空喷气公司的固体火箭助推器让整体酬在能力大幅上升，末端节的部分仍继续使用单颗或两颗RL10火箭发动机[17]。
2014年，由于与俄罗斯关系变化，立法避免使用俄罗斯制造的火箭发动机的合约，后续也发布了一些合约给美国本土的火箭发动机供应商[18]，并在2014年9月宣布与蓝色发动机4公司合作制作以甲烷与液态氧为燃料的火箭发动机来取代RD-180火箭发动机，此火箭发动机已经发展3年了，不过要实际应用仍须等到2019年之后[19]。2014年12月，经由美国国会的核准，已经签约的29颗RD-180火箭发动机仍会如期交付作为宇宙神5号运载火箭的主要火箭发动机[20][21]。
| 型号名称 | 首次发射 | 末次发射 | 总发射次数 | 成功次数 | 第一节发动机 | 末端节发动机 | 著名有效载荷 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Atlas V 400 | 2002 | - | 25 | 24 | 1xRD-180 | 1xRL10A | 由宇宙神3号运载火箭大幅修改而来，也对第一节的结构进行大幅修改，并加挂了固体火箭助推器。 | |
| Atlas V 500 | 2003 | - | 12 | 12 | 1xRD-180 | 1xRL10A | 由宇宙神5号运载火箭400行修改而来，有直径达5.4米的有效载荷整流罩，可以有效载荷体积更大的人造卫星。 |
未来展望
[编辑]火神运载火箭
[编辑]在2014年10月时，联合发射同盟宣布为了应对太空探索科技公司的低价运载火箭策略，联合发射同盟的初步设计是融合宇宙神5号运载火箭与德尔塔4号运载火箭，并期许能将发射成本减少到一半以下[22][23][24]。到了2015年4月13日，联合发射同盟的执行长在第31届太空研讨会上发表新一代两节式运载火箭命名为火神运载火箭，不过美国的火神公司也因为持有此名称的商标权而与联合发射同盟进行沟通[25]。
随后宣布使用渐进性决策的方式来设计火神运载火箭，而不是大幅度的变更设计[26]。主要架构是使用德尔塔4号运载火箭的第一节加上两颗蓝色发动机4设计的新型火箭发动机，洛克达因航空喷气公司的AR-1液体火箭发动机则作为备案，并会在2016年之前完成初步设计，另外也会搭配1~6枚不等的固体辅助火箭，有效载荷能力将超越宇宙神5号运载火箭最强力的版本，不过仍与德尔塔4号重型运载火箭有一段差距。后续的衍生版本包括可以重复使用的第一级火箭发动机，火箭发动机将在运作结束后脱离本体并在热遮罩的保护下由降落伞使火箭发动机能被直升机缓缓的在半空中接住[25] ULA calculates that reusing the engines could reduce the cost of the first stage propulsion by 90%, with propulsion being 65% of the total first stage build cost.[27]。末端节的部分初始设计延用宇宙神5号运载火箭的半人马座RL10火箭发动机，后续则会使用由液态氢与液态氧作为燃料的先进低温演进末端节(ACES)，另外搭配新技术也可以让燃料可以保存的更久[28][26]，最终的演变版本称之为火神重型运载火箭，可以将23吨的人造卫星送到地球同步转移轨道上，相较之下，最强而有力的火神运载火箭561型只能运载15.1公吨的人造卫星到相同的轨道[29]。
曾被提出的运载火箭设计
[编辑]在火神运载火箭被提出之前有数个加强型宇宙神5号运载火箭的设计被提出，不过最终都因为资金问题而没有被建造出来
宇宙神5号重型运载火箭
[编辑]使用三枚公共核心助推器来作为第一节的部分，预期可以将25吨的人造卫星送至低地球轨道，另外联合发射同盟也提到其中所需的技术95%都已经在宇宙神5号运载火箭上实际应用了，不过到了2006年，国防部长办公处宣布洛克希德•马丁将不会建造宇宙神5号重型运载火箭[30]，主因是建造如此大型的运载火箭的必要性为何以及解决RD-180火箭发动机的生产问题，必须找到火箭发动机的替代方案[31]。到了2008年2月，宇宙神5号重型运载火箭列在出售项目之一，并在签约后的30个月会如期制作出此型号的运载火箭[32]，不过此时联合发射同盟完全没有提及确切的运载火箭建造与测试计划。整个宇宙神5号重型运载火箭也在火神运载火箭提出后告吹[29]。
宇宙神第二阶段运载火箭
[编辑]在2006年12月后，洛克希德马丁与波音公司合并后出现使用德尔塔4号运载火箭直径5米的公共核心助推器搭配两颗RD-180火箭发动机的设计，此运载火箭名称在2009年被确立[33]，而且宇宙神第二阶段重型运载火箭也成为在太空梭除役之后最具发展潜力的运载火箭，能够将70吨的物品送至低地球轨道[33]。不过整个计划最终并未被采纳与制造。
图片集
[编辑]-
1958年发射的SM-65宇宙神导弹 -
水星计划的友谊7号，载有宇航员约翰格伦，所使用的火箭正是宇宙神运载火箭 -
水星计划中的水星-宇宙神9号计划 -
宇宙神-爱琴娜运载火箭的身影 -
宇宙神-半人马座运载火箭的身影 -
宇宙神1号运载火箭首次发射 -
宇宙神2号运载火箭发射瞬间 -
宇宙神3号运载火箭首次发射 -
参见
[编辑]资料来源
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Review of U.S. Human Spaceflight Plans Committee
外部链接
[编辑]Atlas at Encyclopedia Astronautica （页面存档备份，存于互联网档案馆）
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