美國成功試射戰(zhàn)神1-X試驗火箭

美國當地時間2009年10月28日上午11時30分，佛羅里達肯尼迪航天中心，美國航宇局（NASA）的“戰(zhàn)神Ⅰ-X”火箭咆哮著發(fā)射升空。它是人類有史以來威力最大的火箭之一。

2009年11月份《時代》雜志發(fā)布全年“50項最佳發(fā)明”“戰(zhàn)神1號”火箭榮登榜首?！皯?zhàn)神1-X”是美國正在實施的“星座計劃”的一部分，目的是為研制兩種新型運載火箭──“戰(zhàn)神1號”和“戰(zhàn)神5號”獲取技術數據，提高“戰(zhàn)神1號”火箭的設計水平和性能。

“星座計劃”的主要內容是研制“戰(zhàn)神1號”和“戰(zhàn)神5號”運載火箭以及“獵戶座”載人飛船。其中，“戰(zhàn)神1號”也稱“乘員運載火箭”，主要用于發(fā)射“獵戶座”飛船，能夠把最大質量為25噸的有效載荷送入近地軌道。航天飛機退役后，“戰(zhàn)神1號”和“獵戶座”飛船將替代航天飛機執(zhí)行空間站任務，未來還將執(zhí)行載人月球探測任務。

試驗目標：采集數據

“戰(zhàn)神1-X”飛行試驗的目標是，演示驗證“戰(zhàn)神1號”火箭關鍵技術，為提高“戰(zhàn)神1號”火箭的設計采集技術數據。主要技術目標包括：驗證運載火箭在相似動力學條件下的可控性；驗證火箭的裝配性能和可回收性；驗證用于回收第一級助推器的降落傘的性能以及第一級助推器的返回程序；確定火箭飛行過程中的滾轉特性；驗證火箭的一、二級分離技術。

在本次飛行試驗過程中，NASA利用700多個高清晰傳感器搜集了“戰(zhàn)神1-X”試驗火箭飛行過程中產生的大量數據。并將利用測得的數據對“戰(zhàn)神1號”火箭的設計進行優(yōu)化和改進，消除各種不確定性，提高火箭的設計性能。

試驗用火箭：戰(zhàn)神1-X

“戰(zhàn)神1-X”是“戰(zhàn)神1號”運載火箭近似1∶1的空氣動力學模型，高度約100米，起飛質量816噸，最大推力1360噸，最大加速度2.48g，最大飛行速度：M4.76。

“戰(zhàn)神1-X”火箭是二級火箭，本次飛行試驗主要測試火箭第一級的性能。第一級采用航天飛機的4段固體助推器，同時加裝一段模型作為第五段。

火箭第二級（即上面級）以及有效載荷——乘員艙和救生逃逸系統均為模擬裝置，從而使“戰(zhàn)神1-X”達到滿負荷火箭的質量。

戰(zhàn)神1-X火箭的飛行試驗過程

美國東部夏季時間2009年10月28日上午11時30分“戰(zhàn)神”I-X測試火箭從佛羅里達州的肯尼迪航天中心39B發(fā)射平臺發(fā)射升空

“戰(zhàn)神”I-X火箭頭部周圍的水汽錐

戰(zhàn)神1-X火箭的結構

2008年11月20日，NASA下一代載人飛船“獵戶座”的逃生發(fā)動機在美國猶他州成功進行了5.5秒的地面點火測試，其噴出的火焰長度超過了30米

2009年5月20日，“戰(zhàn)神”I型火箭的降落傘系統在美國亞利桑那州沙漠成功進行了測試。在此過程中，三個直徑45米的降落傘把19噸的測試重量降落到了地面。這一降落傘系統將用來回收“戰(zhàn)神”I型和測試火箭的第一級

2009年7月20日對外展覽的“戰(zhàn)神”火箭第一級發(fā)動機。“戰(zhàn)神”火箭第一級長47米，最大可產生163萬千克的推力，超出航天飛機固體火箭24%

NASA位于密西西比州的斯坦尼斯空間中心A-3測試基地。兩個異丙醇（左側）和三個液氧（右側的）箱已經被運來并安裝，每個容積13.2萬升。中間的4個為水箱，每個容積14.7萬升。這一基地將負責測試“戰(zhàn)神”I型火箭上面級的J2-X引擎

2009年9月10日，NASA在猶他州對“戰(zhàn)神”I型火箭的第一級發(fā)動機進行了首次全尺寸、全時間測試。它直徑3.6米、長47米，所能產生的熱量達到了太陽溫度的2/3

飛行過程：全程不過2分多鐘

“戰(zhàn)神1-X”試驗火箭發(fā)射升空約2分鐘后，飛行至距地面約39.62千米處，其第一級與第二級發(fā)生分離。隨后按照預定計劃，前者在降落傘的協助下落入大西洋（但三個降落傘中的一個發(fā)生故障，致使第一級墜入海洋后出現很大凹陷）；第二級和模擬載荷在內的火箭其余部分在不受控狀態(tài)下飛行至距地面45.72千米處后墜入大西洋。

后續(xù)試驗：還需兩次試驗飛行

按照試驗計劃，在“戰(zhàn)神1號”運載火箭首次載人飛行之前，共需要進行三次試驗火箭的飛行試驗，分別在2009年10月、2014年和2015年進行（表1）。

表1 戰(zhàn)神1號運載火箭的三次飛行試驗

在肯尼迪航天中心的總裝大樓里安裝“戰(zhàn)神”I-X的上面級模擬器（左、中）

在肯尼迪航天中心的總裝大樓里組裝“戰(zhàn)神”I-X火箭的助推器

在肯尼迪航天中心的總裝大樓里為“戰(zhàn)神”I-X火箭安裝控制系統

按計劃，NASA實施的第二次試驗飛行將在2014年進行，采用“戰(zhàn)神1-Y”試驗火箭。第二次試驗飛行將演示驗證多種系統，包括五段式重復使用固體助推器、飛行控制系統、采用J-2X發(fā)動機的低溫上面級、接近最終狀態(tài)的電子設備系統等。

第三次試驗飛行將于2015年進行，采用“戰(zhàn)神1號”運載火箭和獵戶座1飛船，屆時將把不載人的獵戶座飛船送入低地球軌道。

簡要分析：取得突破和爭取支持

“戰(zhàn)神1-X”試驗火箭是21世紀美國載人運載火箭計劃的第一次試驗。美國NASA將這次成功的試驗稱為“新時代的首次飛行”（The First Flight of a new era），反映了這次飛行試驗對NASA的重要意義。航天飛機退役后，“戰(zhàn)神1號”將是美國唯一的載人航天運載器，它對于美國未來的空間站任務和“重返月球”計劃至關重要，關系著美國未來的載人航天計劃。此次試驗飛行成功，標志著美國在研制“戰(zhàn)神1號”運載火箭方面邁出了重要的一步。

根據布什政府制定的“星座計劃”，美國的航天飛機將于2010年全部退役，“戰(zhàn)神1號”火箭和獵戶座飛船最早于2015年接替航天飛機開展載人航天活動。奧巴馬政府上臺后，鑒于經費的考慮，奧巴馬于2009年5月指派奧古斯丁領導的委員會對“星座計劃”進行重新評估，以確定是否按原計劃繼續(xù)實施“戰(zhàn)神1號”的研制。10月22日，奧

2009年3月12日，NASA的鐵路系統從猶他州往肯尼迪空間中心運送“戰(zhàn)神”I-X火箭的發(fā)動機段和延伸噴管，耗時7天

總裝大樓內即將完成最后組裝的“戰(zhàn)神”I-X火箭

為了發(fā)射“戰(zhàn)神”I-X火箭，地面工作人員改造了原本用于航天飛機的39B發(fā)射平臺，移走了氧氣管道古斯丁委員會公布了評審報告──《尋求一個大國應有的載人航天計劃》，提出美國載人航天計劃的五種選項，并認為NASA應考慮采用商業(yè)運載器來幫助實現目標，甚至取消“戰(zhàn)神1號”火箭。

此次“戰(zhàn)神1-X”的成功飛行證明了戰(zhàn)神火箭研制計劃在技術方面的可行性和成熟度，這有助于爭取奧巴馬政府對“戰(zhàn)神1號”計劃的支持。但星座計劃以及戰(zhàn)神1號火箭的命運如何還要等待最終抉擇。

為了此次測試飛行，總裝平臺安裝了44個加速度計，其電纜總長度超過了8.2千米

2009年10月20日，從總裝大樓慢慢駛向39B發(fā)射平臺的“戰(zhàn)神”I-X火箭

相關鏈接

“戰(zhàn)神1號”和“戰(zhàn)神5號”運載火箭基本情況

運載能力與用途

● 戰(zhàn)神1號運載火箭低地球軌道運載能力為25噸，主要用來發(fā)射獵戶座乘員探測飛行器。

● 戰(zhàn)神5號運載火箭低地球軌道運載能力近160噸，用于將登月器發(fā)射至近地軌道并為獵戶座探測飛行器與登月器對接后飛往月球提供動力。

火箭的構型及飛行過程

● 兩種火箭均為兩級火箭

● 戰(zhàn)神1火箭高度約94米，第一級為可重復使用的航天飛機固體助推火箭。第二級使用液氫/液氧推進劑，采用J-2X發(fā)動機（土星5號上面級發(fā)動機）。

● 戰(zhàn)神5火箭高度約116米，第一級構型為在現有航天飛機的外貯箱下配置6臺RS-68液氫/液氧發(fā)動機，并捆綁兩臺航天飛機固體助推火箭；上面級也使用J-2X發(fā)動機。

執(zhí)行登月任務的過程

● 戰(zhàn)神5號攜帶登月器發(fā)射升空，2臺固體助推器工作約132秒后與火箭分離，芯級完成工作后與火箭分離，拋掉整流罩，地球飛離級第一次點火，登月器與地球飛離級進入300千米近地軌道。

● 戰(zhàn)神1號運載火箭攜帶獵戶座和航天員發(fā)射升空，一級固體助推器完成工作后與火箭分離，使火箭達到61千米的高度，二級液體火箭點火，將獵戶座飛船送入近地軌道。

美國的戰(zhàn)神系列重型運載火箭構型

● 在近地軌道上，飛船與登月器和地球飛離級對接，地球飛離級第二次點火工作，使獵戶座與登月器飛離地球軌道，進入奔月軌道，開始奔月飛行。

火箭技術特點

● 兩種火箭采取人、貨分離的方式共同完成奔月任務，與阿波羅計劃采用一枚火箭發(fā)射飛船和登月器相比，可以發(fā)射更大的登月飛船，運送更多的航天員并提高了安全性。

●火箭構型中大量采用現有航天飛機的部件和成熟技術，包括航天飛機固體火箭助推器和改進的外貯箱，用于芯級的是德爾他4火箭公用芯級發(fā)動機RS-68。用于上面級的是土星5J-2發(fā)動機的改進型J-2X。通過采用成熟技術，可以降低成本，提高可靠性。

研制進展

● 2007年NASA與普惠-洛克達因公司簽署價值12億美元的合同，將設計、研制、試驗以及評估J-2X發(fā)動機。合同包含地面發(fā)動機和試飛發(fā)動機。此外，NASA還授予波音公司合同，為戰(zhàn)神1乘員運載火箭生產上面級。該上面級可為戰(zhàn)神1火箭進入低地軌道的二次上升提供所需的導航、制導、控制與推進。NASA還成功進行了戰(zhàn)神火箭主降落傘的降落試驗。

● 2008年9月，NASA戰(zhàn)神1運載火箭通過設計評審。12月，戰(zhàn)神5火箭研制時間表公布，將于2010年完成方案設計評審，2018年6月進行首次低地球軌道試驗飛行，2019年12月執(zhí)行首次月球任務。

● 2009年，成功進行了戰(zhàn)神1號火箭的第一次飛行試驗。

2009年10月26日，矗立在39B發(fā)射平臺上的“戰(zhàn)神”I-X火箭

2009年10月28日，“戰(zhàn)神”I-X火箭從39B平臺發(fā)射，進行了為期6分鐘的亞軌道測試飛行

2009年10月28日，“戰(zhàn)神”I-X火箭從39B平臺發(fā)射

發(fā)射后“戰(zhàn)神”I-X火箭第一級和上面級模擬器分離，并于2.5分鐘后墜入大西洋