宇宙神5型運載火箭

宇宙神五號運載火箭,又譯為阿特拉斯-5型運載火箭,為洛克希德馬丁公司所研製的不可重複使用之運載火箭(現由洛克希德馬丁與波音公司研製,隸屬聯合發射同盟(UnitedLaunchAlliance)),航空噴氣公司則負責宇宙神5型運載火箭固態輔助火箭的研發及製造。第一節的由液態氧及煤油為燃料,是於阿拉巴馬州的迪凱特建造,引擎為俄羅斯的RD-180火箭引擎,第二節則是以液態氧及液態氫為燃料的半人馬座火箭,某些衍生型裝有捆綁式固態輔助火箭以增加酬載量,輔助火箭及第一節和第二節構成宇宙神5型運載火箭。

在2005年8月12日11點43分00秒(格林威治標準時),火星偵察軌道器由宇宙神5型運載火箭發射,是美國國家航空航天局首次委託宇宙神5型運載火箭發射衛星,火箭型號是401型。2005年8月12日11點43分00秒(格林威治標準時),火星偵察軌道器由宇宙神5型運載火箭發射,是美國國家航空航天局首次委託宇宙神5型運載火箭發射衛星,火箭型號是401型。

技術參數
功能一次性火箭
製造公司聯合發射同盟
國家美國
尺寸
高度58.3米(191.2呎)
直徑3.81米(12.49呎)
質量546,700公斤(1,205,200磅)
節數2節
酬載能力
酬載能力
(LEO)10,300~20,050公斤
酬載能力
(GEO)4,100~8,200公斤
發射紀錄
現況現役
發射場卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台
范登堡空軍基地複合式發射場3號發射台
發射次數23次
成功次數22次
失敗次數0次
部分失敗次數1次(401型)
首次發射2002年8月21日
'新視野號
火星偵察軌道器
助推器-航空噴氣公司
火箭形式1枚到5枚
引擎1顆固態火箭發動機
推力1,270千牛頓(285,500磅)
比沖275秒
推進時間94秒
燃料固態燃料
助推器2(宇宙神五號重型運載火箭(5HX))-宇宙神標準核心火箭
火箭形式2枚
引擎一台RD-180
推力4,152千牛頓(933,406磅)
比沖311秒
推進時間253秒
燃料煤油/液態氫
第一級-宇宙神標準核心火箭
引擎一台RD-180
推力4,152千牛頓(933,406磅)
比沖311秒
推進時間253秒
燃料煤油/液態氫
第二級(AtlasVXX1)-半人馬座火箭
引擎1顆RL-10A火箭引擎
推力99.2千牛頓(22,290磅)
比沖451秒
推進時間842秒
燃料液態氧/液態氫
改良式第二級(AtlasVXX2)-半人馬座火箭
引擎2顆RL-10A火箭引擎
推力147千牛頓(41,592磅)
比沖449秒
推進時間421秒
燃料液態氧/液態氫
目錄

1演變歷史
2發射地點
3技術諸元
3.1第一節
3.2第二節
3.3酬載艙(整流罩)
4發射記錄
4.12007年活門異常
5未來發展
6衍生型
7相關圖片
8參考資料
8.1注釋
8.2一般參考
演變歷史
宇宙神5型運載火箭為宇宙神系列運載火箭中最新的型號,其技術來自早期的宇宙神二號運載火箭,主要則是宇宙神三號運載火箭,大部分的推進系統,電子設備及火箭結構有沿襲早期火箭,有些則是小幅修改。外觀上最明顯的修改為第一節的燃料槽,不再使用10呎直徑的不鏽鋼硬式殼槽,亦不用的有中央隔壁的“氣球”結構,也不再用“一節半”的技術(於發射至進入軌道途中將三顆引擎中的兩顆丟棄),宇宙神5型運載火箭則使用類似泰坦系列運載火箭及太空梭外部燃料槽的12.5呎直徑鋁合金鍛接燃料槽。
發射地點
宇宙神5型運載火箭屬於美國空軍的改進型一次性運載火箭(EELV)的一部分,不可重複使用代表此種運載火箭只能使用一次。發射地點在卡納維爾角空軍基地複合式41號發射台,另外位於西岸的范登堡空軍基地3E號發射台發射極地軌道的衛星。
技術諸元
第一節
宇宙神五號系列運載火箭主引擎為俄羅斯的RD-180引擎,第一節為新研發的公共助推核心(CCB),最多可以捆綁式加裝五枚航空噴氣公司製造的固態輔助火箭,標準核心火箭直徑為3.8米(12.5呎),長32.5米(106.6呎),可填裝284,450公斤(627,105磅)的液態氧及煤油,標準核心火箭的推進時間約4分鐘,俄羅斯的RD-180引擎於發射時提供推力約4百萬牛頓(860,000磅),飛行中產生的最大推力可達4.152百萬牛頓。
第二節
第二節的半人馬座火箭有加壓燃料槽使之穩固,並使用低溫燃料(液態氫或液態氧),宇宙神5型運載火箭的第二節直徑為1.68米(5.5呎),所使用引擎為一顆或兩顆普拉特-惠特尼RL10A-4-2火箭引擎(Pratt&WhitneyRL10A-4-2engines),每顆引擎產生99.2千牛頓(22,300磅)。改良RL10A-4-2火箭引擎外型是增加第二節的操作性能和可靠程度,另外慣性航行裝置(inertialnavigationunit,INU)也裝在半人馬座火箭上,讓宇宙神5型運載火箭和半人馬座火箭可以穩定的飛行,也控制宇宙神運載火箭和半人馬座火箭的燃料槽壓力及燃料使用量,半人馬座火箭的引擎也可以在真空中點燃,可將人造衛星送入低地球軌道,進入低地球軌道後,可形成橢圓的地球同步軌道(GTO),再經過第三次點火,即可從橢圓的地球同步軌道轉為圓形的地球同步軌道(GEO)。半人馬座火箭有著高燃燒比率(燃料燃燒完全比率),所以可以搭配各種不同的重量的末端節,也可以用來作商業運載火箭,將人造衛星放置在較遠的軌道。
在宇宙神5型運載火箭第一次發射之前,有許多系統已經升級或增強了,例如容錯慣性飛行裝置(FaultTolerantINU,FTINU)可增加宇宙神系列運載火箭的可靠性。
酬載艙(整流罩)
宇宙神5型運載火箭有兩種常用的酬載艙(整流罩)。第一種是典型4米直徑的酬載艙,從宇宙神二號運載火箭開始使用,屬於標準和較纖細的酬載艙(參見宇宙神5型運載火箭第4次發射Inmarsat4-F1衛星)第二種是洛克希德馬丁公司所研發的加大型5米直徑(實際上是4.57米直徑)酬載艙,建造地點則為位在瑞士的Contraves太空(現為Oerlikon太空)。Contraves太空所制的整流罩使用複合材料,此複合材料在早期的運載火箭的整流罩即使用過,不須在另尋新的材質。第三種則是加長版的酬載艙,是用來運載宇宙神五號重型運載火箭的酬載物。前兩種酬載艙是用來酬載宇宙神五號500型運載火箭。在2008年4月14日,宇宙神5型運載火箭運載了迄今最重的酬載進入軌道──一枚由加利福尼亞州帕洛亞托的太空系統/眼端公司(SpaceSystems/LoralofPaloAlto,CA)所製造的電信通訊衛星,重6648公斤(14625磅)。
發射記錄
從2002年8月的第一次發射到2010年8月間的22次發射中,宇宙神5型運載火箭有幾近完美的成功率,但於2007年6月15日發射NROL-30衛星時,因第二節的半人馬座火箭引擎提早關閉,導致酬載物-兩顆海洋監測衛星-進入較預期低之軌道[3],然而,買主美國國家偵查部(NationalReconnaissanceOffice)認為此次任務是成功的,而此事故也經過徹底的調查。於此次些微失敗後,宇宙神5型運載火箭已有九次發射成功紀錄。
2007年活門異常
宇宙神5型運載火箭目前唯一一次失敗是在2007年6月15日,第二節的半人馬座火箭引擎提早關閉──導致兩顆NROL-30海洋監測衛星進入比原本預定高度低的軌道。這次發射失敗是因為一個漏氣的活門。更換新型活門延遲了下一次的宇宙神5型運載火箭的發射日期。
制表日期:2010年8月
發射日期/時間(協調世界時)火箭型號發射編號發射地點酬載衛星酬載衛星種類軌道結果備註
2002年8月21日
22:05401型AV-001卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台火鳥6號衛星商業通信衛星地球同步軌道成功首次宇宙神5型運載火箭發射
2003年5月14日
22:10401型AV-002卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台HellasSat2號人造衛星商業通信衛星地球同步軌道成功
2003年7月17日
23:45521型AV-003卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台Rainbow1號人造衛星商業通信衛星地球同步軌道成功首次宇宙神五號500型運載火箭發射
2004年12月17日
12:07521型AV-005卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台AMC16商業通信衛星地球同步軌道成功
2005年3月11日
21:42431型AV-004卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台Inmarsat4-F1商業通信衛星地球同步軌道成功
2005年8月12日
11:43401型AV-007卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台火星偵察軌道器火星探測器逃脫軌道成功宇宙神5型運載火箭首次為美國國家航空航天局發射衛星
2006年1月19日
19:00551型AV-010卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台新視野號冥王星及科伊伯帶探測器逃脫軌道成功首次使用第三節,第三節為波音公司製造的Star48B火箭引擎。
2006年4月20日
20:27411型AV-008卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台ASTRA1KR人造衛星商業通信衛星地球同步軌道成功宇宙神5型運載火箭首次為ILS發射商業通信衛星
2007年3月9日
03:10401型AV-013卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台太空測試計畫-1(SpaceTestProgram-1)六枚軍事研究衛星低地球軌道成功FalconSAT-3衛星
2007年6月15日
15:12401型AV-009卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台美國國家偵查部NROL-30R人造衛星(NOSS-4-3A&B人造衛星)兩顆美國國家偵查部偵查衛星低地球軌道第二節火箭引擎異常宇宙神5型運載火箭首次為美國國家偵查部發射衛星
2007年10月11日
00:22421型AV-011卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台WidebandGlobalSATCOMsystem(WGS)SV-1人造衛星軍事通信衛星地球同步軌道成功
2007年12月10日
22:05401型AV-015卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台美國國家偵查部NROL-24人造衛星美國國家偵查部偵察衛星Molniya軌道成功
2008年3月13日
10:02411型AV-006范登堡空軍基地複合式發射場3號發射台美國國家偵查部NROL-28人造衛星美國國家偵查部偵察衛星Molniya軌道成功宇宙神5型運載火箭首次從范登堡空軍基地發射
2008年4月14日
20:12421型AV-014卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台ICOG1衛星商業通信衛星地球同步軌道成功宇宙神5型運載火箭最重的酬載衛星
2009年4月4日
00:31421型AV-016卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台WidebandGlobalSATCOMsystem(WGS)SV-2人造衛星軍事通信衛星地球同步軌道成功
2009年6月18日
21:32401型AV-020卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台月球勘測軌道飛行器/月球坑觀測和遙感衛星月球探測器高地球軌道成功首枚撞擊月球的半人馬座火箭上級
2009年9月8日
21:35401型AV-018卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台PAN軍事通信衛星地球同步軌道成功
2009年10月18日
16:12401型AV-017范登堡空軍基地複合式發射場3號發射台DMSP5D3-F18軍事氣象衛星低地球軌道成功
2009年11月23日
06:55431型AV-024卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台Intelsat14衛星商業通信衛星地球同步軌道成功
2010年2月11日
15:23401型AV-021卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台太陽動態觀測者太陽觀測衛星地球同步軌道成功
2010年4月22日
23:52501型AV-012卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台波音X-37OTV-1太空飛機原型機低地球軌道成功
2010年8月14日
11:07531型AV-019卡納維爾角空軍地複合式發射場41號發射台AEHF-1軍事通信衛星地球同步軌道成功
2010年9月21日
04:03501型AV-025范登堡空軍基地複合式發射場3號發射台美國國家偵查部NROL-41人造衛星美國國家偵查部偵察衛星低地球軌道成功
未來發展
宇宙神五號重型運載火箭(又稱重型運載火箭)使用三枚標準核心火箭,可以酬載更重(達25公噸)的太空船。宇宙神五號重型運載火箭約95%的硬體設備都與使用單枚標準核心火箭的宇宙神5型運載火箭相同。
宇宙神五號重型運載火箭的酬載能力與三角洲四號重型運載火箭相近。後者使用由Pratt&WhitneyRocketdyne研製及製造的美制RS-68引擎。三角洲四號重型運載火箭至今已發射三次。
宇宙神五號重型運載火箭從接到訂單到發射需要30個月。
衍生型
每台宇宙神5型運載火箭有三個位數來表示其運載火箭的設計結構。第一個位數代表酬載艙的直徑,以米表示,數字不是4就是5。第二個位數代表固態輔助火箭的數量,這些固態輔助火箭裝在宇宙神5型運載火箭的第一節上,如果所使用的酬載艙直徑為4米,可裝0到3枚固態輔助火箭;如果所使用的酬載艙直徑是5米,可裝0到5枚固態輔助火箭。第三個位數是半人馬座火箭上的RL10A-4-2火箭引擎的數量,不是一枚就是二枚。單引擎半人馬座火箭(Single-engineCentaurs,SEC)單位時間使用燃料較少,推進時間較久,所以運載到達地球同步軌道(GEO)的人造衛星和逃脫地球軌道;雙引擎半人馬座火箭(DualengineCentaurs,DEC)則將人造衛星送至低地球軌道。
例如宇宙神五號552型運載火箭代表酬載艙直徑為5米,有五枚固態輔助火箭和兩顆半人馬座火箭引擎。另一個例子,宇宙神五號431型運載火箭的酬載艙的直徑為4米,三枚固態輔助火箭和一顆半人馬座火箭引擎。
在2006年9月,洛克希德馬丁公司和Bigelow太空噴氣公司簽定一紙契約,讓宇宙神5型運載火箭成為載人火箭,進入潛在的太空旅遊市場。
衍生型酬載艙(整流罩)輔助火箭第二節低地球軌道運載能力地球同步軌道運載能力發射次數
401型4米-單顆半人馬座火箭引擎-4951公斤10
402型4米-雙顆半人馬座火箭引擎12500公斤-0
411型4米1單顆半人馬座火箭引擎-5951公斤2
421型4米2單顆半人馬座火箭引擎-6832公斤3
431型4米3單顆半人馬座火箭引擎-7642公斤2
501型5米-單顆半人馬座火箭引擎-3971公斤2
502型5米-雙顆半人馬座火箭引擎10300公斤-0
511型5米1單顆半人馬座火箭引擎-5271公斤0
512型5米1雙顆半人馬座火箭引擎12050公斤-0
521型5米2單顆半人馬座火箭引擎-6287公斤2
522型5米2雙顆半人馬座火箭引擎13950公斤-0
531型5米3單顆半人馬座火箭引擎-7202公斤1
532型5米3雙顆半人馬座火箭引擎17250公斤-0
541型5米4單顆半人馬座火箭引擎-7982公斤0
542型5米4雙顆半人馬座火箭引擎18750公斤-0
551型5米5單顆半人馬座火箭引擎-8672公斤1
552型5米5雙顆半人馬座火箭引擎20050公斤-0
重型-15米2枚標準核心火箭單顆半人馬座火箭引擎-13605公斤0
重型-25米2枚標準核心火箭雙顆半人馬座火箭引擎25000公斤-0

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