导弹与航天运载技术
MISSILES AND SPACE VEHICLES
1999年 第1期　No.1 1999



美国空军签订EELV合同
　　美国空军于1998年10月16日与波音公司和洛克希德-马丁公司签订了总额为30.3亿美元的改进型一次性使用运载火箭(EELV)合同，其中波音公司承担19发德尔它4 EELV的发射任务，合同金额为13.8亿美元；洛马公司承担9发以宇宙神3为基础的EELV发射任务，总金额为6.5亿美元。另外，两家公司各得到5亿美元的工程和制造研制经费，实际上是空军给予两家公司的补偿费。按照合同要求，波音公司在2002～2006年期间为空军进行19次EELV发射，其中2002年1次，2003年5次，2004年6次，2005年3次，2006年4次；洛马公司在2003～2005年期间进行9次发射，其中2003年2次，2004年3次，2005年4次。
　　这次空军签订EELV合同有以下几点出乎人们的意料：a) 合同份额明显向波音公司倾斜，洛马公司承签的合同金额和发射任务不及波音公司的一半；b) 合同项目均为中大型EELV，而没有小型EELV发射任务；c) 洛马公司没有获得大型EELV发射任务合同，而波音公司承签了两项大型EELV发射合同。值得一提的是，洛马公司的大力神4目前是美国空军发射重型载荷的唯一火箭。
　　波音公司的德尔它4有5种型号，即一种中型型号，3种中型加强型和一种重型型号，它将采用洛克达因公司研制的推力为2 890 kN的RS-68液氢-液氧发动机和经过改进的德尔它3上面级。中型和
大型德尔它4的同步转移轨道运载能力分别为
4 140 kg和13 050 kg。德尔它4将于2001年首飞。洛马公司的EELV共用芯级采用推力为3 825 kN的俄罗斯RD-180液氧-煤油发动机，上面级采用经多次飞行考验的半人马座上面级。用于美国政府发射任务的RD-180发动机将由美国普拉特-惠特尼公司生产，以便满足空军的要求，但洛马公司计划在商用发射任务中采用成本较低的俄制RD-180。洛马公司的中型 EELV 的同步转移轨道运载能力为 5 262 kg， 大型 EELV 的同步轨道运 载 能 力 为 6 577 kg。洛马公司的宇宙神3计划于1999年年中首次发射。
　　美国空军预计采用新的EELV在2002～2020年期间可节省发射费用60亿美元。两家公司的EELV都可从卡纳维拉尔角和范登堡空军基地发射。
　
　
阿里安5第3次发射获得成功
　　1998年10月21日欧空局的阿里安5大型火箭的第3次鉴定飞行试验获得成功，从而为这种火箭的商业发射铺平了道路。阿里安5于1996年6月进行首次鉴定飞行试验时，因制导系统出了故障，火箭起飞后37 s爆炸。1997年10月进行的第2次鉴定飞行试验因低温主级发动机提前关机，所运载的模拟载荷未能送入预定轨道，所以如果从商务发射角度来看也属失败。
　　这次发射中，火箭起飞后33 min，重为2 730 kg的模拟有效载荷Maqsat3按照要求被送入远地点35 863 km、近地点1 027 km、倾角为 6.999°的同步转移轨道。此前，在火箭起飞后12 min，一个重为2 800 kg的大气再入演示器(ARD)也被送入轨道，其最大飞行高度为830 km。该再入演示器飞行了103 min后溅落在太平洋上并被回收。在这次飞行中还验证了阿里安5的Aestus上面级发动机的二次启动能力，这是为用这种火箭发射近地轨道卫星群而进行的几项改进中的一顶。在释放了两个有效载荷后，上面级发动机又工作了约2 s。这项试验曾在地面上做过，但从未在空中进行过。这次发射中，在回收两台固体助推器时，因其中一个助推器的降落伞在10 km高度处出现机械故障，回收失败，那台助推器自由落体，被摔成两半。
　　阿里安5的第4次发射，即首次商业发射将于1999年3月进行，有效载荷将是两颗通信卫星，接着在1999年内还可能要进行3次发射。2000年这种火箭可能要发射6发，而2001年可能发射8次，加上补充发射的阿里安4，2001年阿里安火箭的发射次数可能会高达15次。据阿里安航天公司透漏，他们还将订购一批阿里安4火箭，从而使这种火箭服役到2002年以后。阿里安5火箭还将承担向近地轨道发射机动卫星和多媒体卫星等多星发射任务。
　
　
洛克达因公司加紧试验RS-68发动机
　　波音公司的洛克达因分公司已经完成了德尔它4系列火箭用的RS-68火箭发动机的启动程序、低推力运行和关机程序的试验，正在向全推力发动机试验前进。1998年8月8日在爱德华空军基地的试车台上首次进行了全车冷流试验，在10月1日进行的试验中这种2 890 kN推力的液氢-液氧发动机的推力达到额定值的60%，其性能接近于预期的要求。为了提高可靠性并降低成本，发动机的性能要求有所降低。
　　目前这种发动机的研制比1997年初制订的计划推迟了8个月，当时要求发动机的研制试验于1997年12月开始，1998年3月结束。在一种新发动机的研制中，计划推迟是预料之中的。洛克达因公司称，尽管计划进度推迟，他们仍期望于2001年进行首次飞行试验。第2台发动机的试验已经于1998年10月末开始进行，预计在12月底可通过全推力的试验。
　
　
长二丙改再次成功发射两颗铱星
　　1998年12月19日19时39分，中国运载火箭技术研究院研制的长征二号丙改进型火箭从太原卫星发射中心点火升空，成功地把美国摩托罗拉公司的两颗铱星送入了预定轨道。这是这种火箭自1997年9月1日首次成功发射以来连续第6次成功的发射，也是连续第5次成功发射铱星。这次发射成功标志着我国继1997年连续成功发射6发长征火箭后又圆满完成了1998年度的6次卫星发射任务。
　　火箭起飞后约11 min，第2级与卫星分配器按预定程序成功分离，分配器携卫星进入停泊轨道。经过40 min滑行后，分配器成功变轨，先后将两颗卫星按要求释放于近地点629 .90 km，远地点646.92 km，倾角
86.35°的预定轨道，发射获得圆满成功。
　　由于这次是在严寒的冬季发射，为确保发射成功，太原卫星发射中心特别配套安装了火箭卫星的保温系统，确保了运载火箭的技术状态和性能稳定。
　
　
发动机出现问题，X-33首飞推迟
　　由于由波音公司的洛克达因分公司正在研制的直排式塞式喷管发动机出现制造问题，X-33可重复使用运载火箭的首次飞行最少要推迟5个月，即由原定的1999年7月推迟到12月。按原计划，X-33用的两台发动机应于1998年11月交付，以便进行飞行前的试验，但现在要到1999年4月左右才能交付。如果一切能按照计划进行，在1999年8～9月进行完飞行前试验后，这种重达30 150 kg的发动机组合件将运往爱德华空军基地的X-33发射场，与等在那里的X-33箭体对接。
　　发动机制造中出现的问题是用来加工铜合金板面的铣切工艺出了问题。该铜合金板面用以排列塞式发动机的“V”型斜面，该斜面实际上是常规发动机的钟型喷管，在塞式发动机中热燃气就是贴着此斜面扩散。在发动机的制造中，采用铣切工艺在铜合金板面上开槽，这些槽组合在一起为液氢提供冷却通道。除了铣切工艺外，发动机的其他研制工作进展顺利，1998年10月成功地进行了一次2.81 s的动力组件试验。按照计划，这种组件试验在1999年春季之前要进行18次。这种试验完成后，将要进行51次发动机全系统试验。X-33用的代号为XRS-2200的这种发动机，每台有20个燃烧室，其中10个在上述每个斜面的前端排成一行。这种缩比尺寸的发动机在海平面可产生918 kN的推力，而用于未来重复使用火箭的全尺寸发动机的推力可达1 917 kN。
　　发动机制造工艺方面出了问题实际上是几个月前的事了。早在1998年5月，国家航宇局的一位官员曾透露，直排式塞式喷管发动机的研制进展比原计划推尺了3～4个月，但当时洛克达因公司的工程技术人员表示有信心把延误的时间抢回来。经多方努力，进度仍未赶回，现在看来，进度推迟已成定局。
　　因计划进度推迟，X-33的研制经费需增加3 600万美元。国家航宇局、X-33的主承包商洛克希德-马丁公司和火箭发动机分包商洛克达因公司必须确定由谁来承担这3 600万美元的超支费用。航宇局官员称，他们不会承担任何超支费用，类似情况，通常都是由工业部门出资。按照航宇局与洛马公司的合作协议，航宇局向X-33计划的总投资是固定不变的，即共投资9.41亿美元。航宇局认为超支费用应由洛马公司和洛克达因公司承担。洛马公司有关负责人则称，所增加的费用将由洛克达因公司承担，洛马公司不会出资。这位负责人称，按照他们与分包商的协议，每个分包商有各自的任务以及完成任务的经费预算。
　　X-33计划的目的之一是研制下一步商用可重复使用火箭“冒险之星”所需的有关技术。洛马公司计划于1999年成立一个有限责任公司来研制“冒险之星”。他们打算研制两枚这种全自动火箭，每枚每年可飞行20次左右。“冒险之星”可把25 200 kg的有效载荷送到近地轨道，把11 250 kg的货物送到国际航天站，如果加上一个上面级，则可把8 100 kg的重量送到同步转移轨道。这种火箭可把送往近地轨道载荷的费用降低一个数量级，即从20 000美元/kg降止2 000美元/kg。
　
　
小型商用运载火箭市场分析
　　从现在到2008年期间的商务发射中的80%是把重为100～1 000 kg的小型卫星送往高度为300～1 000 km的近地轨道，这是美国Teal集团公司新近的一项市场调研报告中预测的。这预示着今后10年内将发射800多颗近地轨道卫星，而传统的同步轨道卫星将只发射200颗左右。这项市场分析预示着对卫星发射工业，特别是对把小型载荷送往近地轨道所需要的小型低成本火箭是一个机遇。如此大的近地轨道卫星市场将给小型商用火箭公司带来一大笔生意。但是，如果卫星经营者继续主要依靠中型或大型火箭进行小卫星的多星发射，这种近地轨道市场就将减少到30%，甚至更少。
　　小型火箭的商务发射高峰将于2003～2004年到来，至时将发射一定数量的补网星，以便维持现在的机动电话、数据传输和多媒体通信等卫星群组的正常工作。这大约需要发射50颗左右的卫星。如果卫星经营者在开始布网发射卫星群之前要发射一些小型技术演示卫星，小型火箭商也可以得到一些发射合同。另外可能还会有一些非通信用的遥感和科学卫星需要发射。然而，近地轨道商务市场的最大份额还是卫星群网的组网发射。这种发射已经开始，摩托罗拉的铱星系统已经组网完毕，劳拉公司的全球星网和轨道科学公司的Orbcomm系统正在组网。波音公司的中型火箭德尔它2已经开始发射铱星(每次5颗)和全球星(每次4颗)。铱星系统由66颗主动星组成并保持有6颗备用星。全球星和铱星以及其它将要发射的新的机动通信卫星系统，到2008年将共有450颗卫星。现在又有另一种新的宽带多媒体卫星群，例如Teledesic系统将要发射，到2008年前这类系统将要发射400颗左右的卫星，其中单Teledesic系统就有300颗星。
　　用小型火箭每次发射两颗卫星约需800万美元，而用中型或大型火箭每次发射10颗或更多颗卫星约需要5 000～7 500万美元，可见用小型火箭发射并便宜不了多少。采用大型火箭每次发射12颗或更多颗卫星可能更合算、更有效，而且经营者投入卫星运营更快。有鉴于此，小型火箭市场比预期的要小。1998年9月，这种形势出现了转机，俄罗斯的天顶2号火箭在发射12颗全球星时，因计算机关闭了第2级发动机，发射失败，这表明用一枚火箭发射这么多颗卫星风险太大。事故发生后，原计划用另外两发天顶号各发射12颗星的合同取消，而顶替天顶号承签新的发射合同的是波音公司的德尔它2和Starsem公司的俄罗斯联盟号火箭(每次各发射4颗星)。可见小型火箭还是没有获得机会。最近美国空军与波音公司和洛克希德-马丁公司也分别签订了研制新的中型和大型商用火箭的合同，而没有包括原来设想的小型火箭。
　　据阿里安航天公司的市场和销售副经理称，卫星经营者还是愿意冒险用中型或大型火箭一次发射多颗卫星，因为这样更便宜、更有效。阿里安航天公司计划对阿里安5大型火箭进行改进，使之可发射多颗小卫星。阿里安航天公司还着眼于用欧空局计划中的织女星小型火箭最终打入小型近地轨道发射市场。其他小型火箭包括由原俄罗斯的几种弹道导弹改装成的商用火箭，其中的隆声号火箭已由与德国戴姆勒-奔驰宇航公司联营的Eurockot公司负责经营，并从1999年开始进行两次发射，每次发射3颗E型小型卫星。摩托罗拉公司曾考虑用隆声号火箭进行20次铱星快速反应补网发射，美国国家航宇局也曾选择隆声号发射两颗希腊星。隆声号是在前苏联SS-19导弹的基础上改进成的两级液体火箭，这种火箭于1991～1992年成功地进行了两次亚轨道发射，1994年从拜科努尔发射场的地下井进行了一次成功的轨道飞行。
