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第15章 漂亮的混血儿——欧洲火箭

摘下满天星

“阿丽亚娜”运载火箭具备了德国人的严谨,英国人的聪明和法国人的浪漫,再加上意大利人的幽默,西班牙人的勇敢,荷兰人的优雅等许多优良的品格。欧洲的火箭专家都称“阿丽亚娜”火箭是漂亮的混血儿。

这个漂亮的混血儿一直在成长着、忙碌着,发誓要摘下满天星。“阿丽亚娜”运载火箭,又译为“阿里安”运载火箭。1973年7月,由法国提议,并联合英国、德国、意大利等国家成立了欧洲空间局。欧洲空间局目前有17个成员国。

“阿丽亚娜-5”型火箭采用少级数、大直径箭体结构。芯级火箭采用5米大直径,箭体采用两级设计。这样可以有效增加运载火箭内部零部件的部署空间,降低火箭的纵横比,从而提高火箭的结构可靠性。

“阿丽亚娜-5”型火箭采用液氢液氧火箭主发动机。由于火箭级数和主发动机数量减少,使运载火箭的分离控制得到简化,从而增加了运载火箭的系统可靠性。由于采用无毒、无污染的液氧液氢推进剂,有利于环保,但还是很危险。

为运载火箭填注燃料时,工作人员需穿戴防毒面具,看起来更像宇航员,而不是工程师。特别是加注肼类燃料时,必须采取更严格的安全措施。2010年3月,欧洲空间局与瑞典伊卡普斯空间应用公司宣布:新研发的火箭推进器,使用一种绿色燃料,可使航天器更安全,加注燃料如同汽车加油一样安全。

“阿丽亚娜”可进行双星或多星发射,是目前世界上运载能力最大的商用运载火箭。它有一群姐妹,每一个都很漂亮。“阿丽亚娜”系列火箭至今已研制成功5个系列,从“阿丽亚娜-1”到“阿丽亚娜-5”系列。

自1979年12月第一次发射到2011年2月16日,“阿丽亚娜”系列运载火箭共发射了200次,只有少数几次不成功。目前,“阿丽亚娜-5”还在航天发射这个舞台上翩翩起舞。

影子特工的谜雾

“阿丽亚娜”火箭的名称,来源于古希腊一位美丽公主的名字。阿丽亚娜公主与雅典王子塞休斯相爱了。

塞休斯受骗被囚禁在魔鬼把守的迷宫里,怎么也出不来。阿丽亚娜聪明地破解密码机关,战胜邪恶,将塞休斯救出来,一起飞向自由的天空。

在“阿丽亚娜”火箭发射史上曾发生过多次重大事故,造成巨大损失,留下许多谜团。

1980年5月12日,“阿丽亚娜-1”火箭进行第二次试射。火箭的“心脏”——发动机,之前经过200次的试车都未发生故障,但火箭正式升空才几秒,第一级火箭的四台发动机中的一台失灵,突然爆炸。设计师们花了几个月的时间对另外37台发动机进行检查、试验,均未能找到令人满意的答案。有人认为是发射系统有问题,而更多人认为是发动机里被放入异物导致爆炸。

法国国防部安全局有一份绝密文件,里面透露了一个证据,有个参与试射的工作人员将一个重2.4克的微型雷管放入了火箭燃料舱。为了防患于未然,国家安全局在重要岗位公开或悄悄安装了监视器,等待“影子特工”自投罗网。神秘的破坏者能被逮住吗?

1986年5月30日,“阿丽亚娜-2”进行了第18次发射。升空4分36秒后,第三级火箭发动机突然熄火,火箭偏离预定轨道。

地面控制中心只好遥控下令,将火箭炸毁,卫星也被一起熔化在蓝天里。经过对遥测数据的分析和模拟试验,发现发动机突然熄火并非技术原因。安全人员恨得咬牙切齿,“影子特工”就隐藏在专家和工程师的队伍里,但因缺乏证据,无法锁定可疑分子。

1990年2月22日,“阿丽亚娜-4”进行第36次发射,又发生莫名其妙的空中爆炸,火箭搭载的两颗日本卫星也一起被摧毁。几星期后,事故原因调查出来了:一块布片堵塞供水管道的一个阀门,造成一个涡轮机完全停止运转。

布片是怎样进入火箭的?是谁放进去的?重重迷雾困扰着调查人员。他们审查了安装水管的工人,但没有结果。火箭有几十万个零件,未发射时很难发现问题,发生了爆炸,又很难找到证据。毫无疑问,“影子特工”是一个精通火箭的老手。他(她)是谁呢?何时能解开这些问号,至今仍是个未知数,这也成为航天史上的一个谜团。

“阿丽亚娜-4”运载火箭

“阿丽亚娜”姐妹中的老四“阿丽亚娜-4”运载火箭,于1988年6月15日进行了首次发射,近地轨道运载能力为9.4吨,地球同步转移轨道运载能力为4.2吨。“阿丽亚娜-4”运载火箭的长度是58.7米,直径为3.8米,最大运载量为4.3吨。

“阿丽亚娜-4”在15年间共进行了116次发射,只有3次失败,成功率约97.41%。若探究其成功的秘诀,科研人员会说:它有一颗好心脏。火箭的“心脏”就是火箭发动机。“阿丽亚娜”是多国合作的结晶。

“阿丽亚娜-4”非常苗条,是在“阿丽亚娜-3”的基础上研制成功的,主要目的在于提高其运载能力,保持双星和多星发射能力,拥有适应多种发射任务的型式。2003年6月,“阿丽亚娜-4”火箭完成最后一次发射后,退出发射舞台。

从名字看来,“阿丽亚娜”应该是一位漂亮的姑娘。其实,如果将法语翻译成中文,“阿丽亚娜”应该是“蜂鸟”。

“阿丽亚娜-5”运载火箭

“阿丽亚娜-5”由一枚二级芯级火箭和两个助推器组成。“阿丽亚娜-5”高59米,直径5.4米,重777吨。主火箭有130吨液态氧、25吨液态氢,不到10分钟便会燃烧完毕。

两个助推器高31.61米,直径3米。外壳不用传统的不锈钢材料,而是碳纤维材料,既坚固,又轻巧。它们各有约270吨的固体燃料,在2分钟内燃烧完毕。

“阿丽亚娜-5”有普通型、加强型、改良型和重型等。普通型、加强型燃烧产生巨大的推力,最大近地轨道运载能力为16吨,可将5.9~6.9吨有效载荷送入地球静止转移轨道。改良型和重型火箭最大近地轨道运载能力为21吨,能将10吨质量的多颗卫星或1颗10.5吨的航天器送上地球静止轨道。

1996年6月4日,“阿丽亚娜-5”进行了首次发射。那天,欧洲人把它打扮得像个待嫁的新娘。“阿丽亚娜-5”在烈焰和呼啸声中冲上天空。突然,火箭自动测出控制火箭飞行的软件出现故障。发射37秒后,“阿丽亚娜-5”的飞行控制系统启动自杀毁灭程序。“阿丽亚娜-5”在蓝天和白云之间爆炸,一团火光照亮整个天空,震得大地瑟瑟发抖,巨大的火箭瞬间成为碎片。这是航天发射史上损失最惨重的软件故障事件。

1997年10月30日,代号为“L502”的“阿丽亚娜-5”进行第二次测试飞行。因一个发动机的喷管故障,第一级火箭主发动机提前停止工作,虽然第二级火箭成功点火推进,但仍然无法达到预定轨道。欧洲空间局声称发射部分失败,但心里十分郁闷。1998年10月21日,“阿丽亚娜-5”终于发射成功,欧洲空间局才算松了一口气来。

欧洲空间局连续发射成功,是世界上发射商业卫星最多的空间组织。2002年11月11日,又一枚“阿丽亚娜-5”火箭发射。火箭起飞96秒后,主级发动机的冷却循环系统出现故障。火箭飞行186秒后,火箭飞行偏离预定轨道,456秒后,火箭自毁爆炸。两颗总价值6.34亿美元的卫星,与“阿丽亚娜-5”一起灰飞烟灭,落入大西洋。

“阿丽亚娜-5”主要发射各种地球同步轨道和太阳同步轨道航天器。2006年,“阿丽亚娜-5”又把地球同步轨道运载能力从8.2吨提高到11吨。2007年5月4日,它将总重9535千克的两颗通信卫星,送上3.6万千米的静止轨道。

2009年5月14日,欧洲空间局在库鲁航天中心发射了两颗重要的科学卫星——“赫歇尔”太空望远镜和“普朗克”宇宙探测器。

“阿丽亚娜-5”品质优良。在当今世界运载火箭中,大部分中小火箭的同步轨道的运载能力是2~4吨,大型火箭在5~6吨。“阿丽亚娜-5”的目标是10~12吨。它有一个非同寻常的推进系统。

瑞典沃尔沃航空公司为“阿丽亚娜-5”研发了一种主发动机。这颗强健有力的“心脏”由液氧涡轮泵、燃烧室和喷管、液氢涡轮泵、燃气发生器等系统组成。发动机采用的冷却技术能提高火箭的安全性、推力和性能。“阿丽亚娜-5”的研制花费了欧洲空间局10年时间及70亿欧元。

欧洲人总是称赞自己的孩子聪明漂亮,哪怕鼻子旁边有一点儿雀斑,也是美丽的象征,是上帝的恩赐。但对“阿丽亚娜”,欧洲空间局非常严厉,一点也不称赞。到2011年10月,“阿丽亚娜-5”共进行了60次发射,失败2次。

2007年10月7日,为庆祝人类第一颗人造卫星升空50周年,欧洲空间局宣布将于2007年,用火箭一次发射50颗小卫星升空,开创人类发射史的新纪元。这50颗小卫星分别代表了全球50个国家,每颗卫星重1千克。可惜至今,这个豪言壮语没有实现。

天马行空

“阿丽亚娜”火箭天生丽质,将埃菲尔铁塔的挺拔、阿尔卑斯山的雄伟和郁金香的光彩组合在一起。它们的发射场却远在最近赤道的法属圭亚那库鲁航天中心,在那儿发射火箭,真正是得天独厚,因为那里离太空的静止轨道更近一点、方向更准一点。“阿丽亚娜-5”重型火箭的任务之一,就是把大型的“凡尔纳”号货运飞船送往太空,送往国际空间站。

“阿丽亚娜”更像匹潇洒行空的天马,许多人都想骑上它,到天空溜达溜达。“阿丽亚娜”火箭的成功,是欧洲联合自强的一个象征。凭借欧洲人的良好人缘,“阿丽亚娜”在国际航天市场中占有重要地位。世界商业卫星的发射业务,大约有50%由“阿丽亚娜”火箭承担。

2008年3月9日,“阿丽亚娜-5”将9吨重的欧洲第一艘自动货运飞船——“凡尔纳”号发射成功。它在空中两次点火,将“凡尔纳”号货运飞船轻松送入低地轨道,飞往国际空间站。欧洲空间局计划建造飞船,“阿丽亚娜-5”有可能参与登陆火星的任务。

第二个太空明星

欧洲新型运载火箭“织女星”号,高30米,直径3米,发射质量137吨。它能将300~2000千克的卫星,送入极轨道和低地球轨道,用于科学研究和地球观测任务。科学家称赞“织女星”号运载火箭是欧洲的第二个太空明星。

“织女星”由三级固体火箭及末级液体火箭组成。固体火箭的外壳是碳纤维/环氧树脂复合材料。这种复合材料的外壳比现在的不锈钢外壳材质更轻、更坚固。

“织女星”号运载火箭主要由意大利宇航局和欧洲空间局建造,10个国家共花费了14年时间。它承载着欧洲的希望。

2012年2月13日,“织女星”号运载火箭在法属圭亚那库鲁航天中心首次发射,要进行一次多星发射。

多星发射,又称为一箭多星。多星发射是指一次发射两颗或两颗以上卫星的发射方式。这是一种一枚运载火箭同时或分别将多颗卫星送入地球轨道的发射技术。多星发射利用运载火箭的运载能力,降低卫星发射成本,但需要运载火箭拥有一定的运载能力、火箭发射技术、火箭控制技术和火箭与卫星分离技术。

火箭与卫星分离,又称为星箭分离。星箭分离需要高超的火箭控制技术和星箭分离技术。星箭分离主要有两种方式:第一种是同轨道分离,把几颗卫星一次送入一个相同的轨道上;第二种是不同轨道分离,根据卫星将来运行的轨道,分别释放卫星,让每颗卫星分别进入各自不同的轨道。

2012年2月13日10时,“织女星”号运载火箭发射。“织女星”号运载火箭搭载了9颗卫星。首先,“织女星”号运载火箭与意大利宇航局400千克重的激光相对论卫星分离成功,卫星进入高度1200千米、倾角71°的圆形轨道;随后,将意大利博洛尼亚大学、都灵理工大学、罗马大学,罗马尼亚布加勒斯特大学,匈牙利布达佩斯技术大学,法国蒙彼利埃大学,西班牙维戈大学,波兰华沙工业大学等国大学生制造的8颗纤卫星、纳米卫星、立方体卫星分别送入各自轨道。

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