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第14章 欧洲“阿丽亚娜”系列火箭

“阿丽亚娜”系列火箭,是欧洲空间局11个成员国联合研制的商用运载火箭。从1972年开始,欧空局研制“阿丽亚娜”运载火箭,1979年12月试射成功。1980年4月,以法国为首的“阿丽亚娜”空间公司成立,接收预定发射合同,并负责从中美洲法属圭亚那库鲁空间中心发射。“阿丽亚娜”系列是一箭双星,共发射54颗卫星,8颗随火箭爆炸而损失,其余46颗卫星发射成功。还有40颗也打算用“阿丽亚娜4”发射,日期排到1994年中期,“阿丽亚娜5”于1995年问世。目前,有13个国家用“阿丽亚娜”火箭发射商用通信卫星,如法国、德国、英国、瑞典、意大利、卢森堡、澳大利亚、巴西等,另外还有6个国际组织(国际通信卫星组织、国际海事卫星组织、欧洲通信卫星组织、欧洲气象卫星组织、阿拉伯卫星组织以及欧航天局)。从1989年起,“阿丽亚娜”空间公司通过法国国家空间研究中心与美宇航局签订了使用“阿丽亚娜”发射两国合作研制的海洋地貌勘测卫星的合同。

“阿丽亚娜”运载火箭之所以能发射占世界商用卫星市场一半以上的卫星,是因为“阿丽亚娜”可靠性高、价格适宜(5000万~6000万美元)、一箭双星。如“阿丽亚娜4”发射的1.9~4.2吨重的卫星,不仅能准确入轨,而且还能使卫星寿命延长两年,卫星用户能从中获得几千万美元的收益。“阿丽亚娜4”运载能力可与美国航天飞机发射卫星的能力相媲美,其性能与美国“大力神3”类似。此外,它还有一个优点:发射日期不延误,除非发射失败。

在10年时间里,“阿丽亚娜”一共发展了4种类型,已被购买了99枚(11枚“阿丽亚娜1”、6枚“阿丽亚娜2”、11枚“阿丽亚娜3”、71枚“阿丽亚娜4”)。

欧航天局在研制“阿丽亚娜4”的同时,于1984年着手研究推力更强大的“阿丽亚娜5”,首先研究的是它的低温发动机HN60,这是该火箭的关键部分。该局耗资50亿美元预算,于1988年正式开展“阿丽亚娜5”的研制工作,主要工作就是研究推力、低温级以及助推器。1990年作部分试射,1992年制造出4枚样品并进行试射,1994年从法属圭亚那库鲁空间中心新的“阿丽亚娜5”发射台进行两次静态发射试验。预计要作350次试验,而对载人运载飞行鉴定还将作200次试验,因为要求“阿丽亚娜5”发射载人飞行器的可靠性达到99.9%,否则就不能发射载人的空间飞行器“赫尔墨斯”。对低温级要进行550次试验,低温发动机作700次试验。

“阿丽亚娜5”是二级火箭,总重725~740吨,其中620吨是液氧和液氢。它高50米,直径为5.4米,起飞总推力1590吨。对发射卫星来说,其可靠性是98%,比前4个类型的总和平均高12%。“阿丽亚娜5”不仅可以用来发射商用卫星,而且也能发射欧洲极区平台、有人照顾小型自由飞行器以及天地往返的“赫尔墨斯”。“阿丽亚娜5”可把5.9吨重的单一有效载荷或6.8吨双载荷送入静止转移轨道、可将12吨重的有效载荷射入太阳同步圆轨道、把180吨重的空间站送入1550千米高的低地球圆轨道以及将21吨重的“赫尔墨斯”推到350~400千米高度。

“阿丽亚娜5”是一种全新的运载火箭,主要有两个用处:一是发射地球静止轨道和太阳同步轨道通信、科学和试验应用卫星;二是围绕“阿尔法”国际空间站的建造和运行,进行载人航天发射活动,例如把9.6吨重的“哥伦布”轨道设施或载人飞船送往空间站。

按照提高运载能力和降低成本的设计目的,“阿丽亚娜5”运载火箭具有以下几个特点:

(1)运载能力高、发射费用低

“阿丽亚娜5”运载能力和“阿丽亚娜4”相比,大幅度提高,可将6.8吨重的单颗卫星、6吨重的双星、5.5吨重的三星送入倾角为5°~10°的地球同步轨道,将18吨有效载荷送入550千米高、倾角28.5度的低地球轨道。发射费用大幅度降低,按照每年发射8次,其中4次是向地球同步转移轨道发射来计算,地球同步转移轨道的双星发射费用比捆绑4个液体火箭助推器的“阿丽亚娜44L”火箭低10%。

(2)可靠性和安全性指标高

对于不载人航天飞行来说,“阿丽亚娜5”运载火箭总体任务可靠性指标为0.98,比“阿丽亚娜4”运载火箭的可靠性指标高一个数量级。对于载人航天飞行来说,火箭的下面级(包括第一级和固体火箭助推器)的可靠性指标为0.99,对整个运载系统的可靠性指标要求则更高。

(3)适用范围较宽

我们知道“阿丽亚娜5”运载火箭既可以进行载人与不载人的航天飞行,也可以通过多星发射方式,供大中小卫星选用。目前,多功能应用卫星的重量有增大的趋势,但大多数应用卫星却是功能增多,但重量并不怎么增加。为适应这一需要,“阿丽亚娜—5”运载火箭在向地球同步转移轨道发射卫星的任务中,约有80%以上是双星发射任务,可同时发射两颗重3000千克的卫星;约有不到20%,可一次发射一颗重2200千克和两颗重1200~1600千克的卫星,除此之外还有少量的单星发射任务。

(4)适用于宇航员乘坐

宇航员在火箭上升段要经受过载的考验。60年代,美国“双子星座”飞船在上升段的最大过载为10克。如此大的过载,需要宇航员进行极其严格的特殊训练才能承受。80年代,美国航天飞机过载为3克,普通人稍加训练就能参与飞行。“阿丽亚娜5”运载火箭的最大过载为4.5克,比航天飞机略高一些,也同样适合于宇航员乘坐。