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平流层发射公司确认发射工具研发计划,不过是两架747拼在一起

日期: 2020-01-15 04:37 浏览次数 : 91

> 飞马座XL是由轨道科学公司投资并开发的,它是美国自1970年以来第一枚全新设计的运载火箭,也是世界上第一枚私人开发的空间运载火箭。它是作为一种低成本的三级固体推进运载火箭而设计的,目的是将小型卫星发射到各近地轨道中。结构特点

[航天新闻2018年8月21日报道]平流层发射公司于8月20日宣布,它正在开发一系列运载工具,包括可以从正在开发的巨型飞机上发射的可重复使用的太空飞机。该公司在一份声明中表示,它将从2020年开始为客户提供一系列运载工具选项,将中小型有效载荷送入低地球轨道,从而证实了该行业长期以来对该公司计划的猜测。平流层发射公司首席执行官让·弗洛伊德在一份声明中表示,这些将从该公司巨型飞机上发射的运载工具“将提供与众不同的灵活发射能力”。“无论有效载荷如何,无论轨道如何,将卫星送入太空很快就会像预订航空公司一样轻松。”该公司将从其一系列的运载工具中的小型运载工具开始使用由诺斯罗普·格鲁门创新系统公司提供的“飞马座”XL火箭,并于2020年开始发射。同温层发射公司宣布于2016年与轨道ATK公司达成协议,使用“飞马座”火箭将使该公司能够在一次飞行中发射多达三枚火箭。然而,对于许多行业观察者来说,“飞马座”XL型火箭似乎是一个奇怪的选择,因为Orbital ATK自己已经拥有用于发射该火箭的飞机。此外,由于运载工具价格高昂,尽管对小型卫星的兴趣日益浓厚,但‘飞马座”火箭近年来主要用于美国国家航空航天局的任务。同温层发射公司高管认为该系统有潜在的国家安全应用,例如进行响应性发射活动在一次飞行中将整个小型卫星星座送入不同的轨道。然而,平流层发射公司一直致力于自己的运载火箭系统。该公司于2017年聘请前SpaceX公司高管Jeff Thornburg担任负责推进系统的副总裁。该公司还于去年9月签署了一项太空活动协议,在美国国家航空航天局的斯坦尼斯航天中心进行发动机测试。在其新公告中,平流层发射公司表示正在开发所谓的中型运载火箭,它被描述为“为卫星集成短时间线优化的中型空射运载火箭,经济实惠,拥有灵活的发射计划。”该运载工具能够将最多3400公斤的重量送入LEO,计划于2022年完成。平流层发射公司还将提供该运载工具的一种改型,名为“中级运载火箭,在第一级使用三个芯级,类似于“德尔塔”-4重型火箭或“猎鹰”重型火箭“Falcon Heavy”。该型火箭可以将6吨有效载荷送入低地球轨道。该公司没有给出这一运载工具的时间表,称称其仍处于“早期开发”中。该公司几乎没有提供有关这个型号的运载工具的其他技术细节,并表示将在今年年底之前提供有关其运载火箭的更多细节。平流层发射公司证实,除了那些运载火箭之外,可以从飞机上发射的可重复使用的太空飞机还处于设计研究阶段。该运载工具最初将用于运输货物,但“后续变型”将能够搭乘宇航员。2014年,该公司表示正与内华达山脉公司合作,研究在平流层发射公司的飞机上推出缩小版内华达的“追梦者”,由同温层发射公司正在考虑的轨道ATK开发的运载火箭推动。微软联合创始人保罗·艾伦最近接受采访时表示,该公司正在研究一种名为“黑冰”的太空飞机概念。然而,所有这些运载工具概念都需要使用仍在开发中的“平流层发射”巨型飞机。该飞机仍在进行一系列的搭载测试,最后一次出现在8月11日周末加利福尼亚州莫哈韦航空港的机库外。“我们本周末没有进入滑行测试的主要跑道,”Floyd在8月12日发推文。“但成功完成了加油操作、发动机运行和通信测试。”

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撰文:利刃ZYL

采用独特的三角形机翼,所产生的空气动力学升力使“飞马座XL”有能力在略多于10分钟的时间内将卫星送入轨道。

米诺陶运载火箭是美国发展的一系列固态燃料运载火箭,又称为人牛怪运载火箭。“米诺陶1号”火箭是基于美国空军为了利用过剩的“民兵”导弹而开展的轨道/亚轨道计划而开发的小型运载火箭。它使用“民兵”导弹的发动机作为第一级和第二级,重新利用了这些由于《削减战略武器条约》的要求而退役的发动机,并使用“飞马座XL”火箭的上面级和整流罩。由于运用了改进的航空电子设备系统,它的性能得到了提升。在处女航(在范登堡进行)中,它将11颗微小卫星送入了近地轨道。第一次在瓦罗普斯岛进行的发射是在2006年12月16日。

自古以来,到太空中遨游一直是人类的梦想,各类与之相关的太空科幻故事早已层出不穷,但在现实中对这个梦想的实现制约最严重的,是如何摆脱地球引力离开大气层这最开始的一步。虽然从地面发射化学火箭已经成为目前使用最普遍的摆脱地球引力进入太空的方式,但这种办法也并非完美无缺,化学火箭的诸多不足之处,一直在促使那些不满足现状敢于冒险的人们去开发更新更好的方式离开地球表面,而就在今年,来自美国加州的"平流层发射"公司就带来了其中一种答案。

标准的三级“飞马座”火箭被用来发射多种有效载荷,尤其是Orbcomm卫星。另外还可选装一种肼燃料辅助推进系统作为第四级,这个系统于1997年第一次发射。

结构特点使用情况结构特点

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它使用“民兵”导弹的发动机作为第一级和第二级,重新利用了这些由于《削减战略武器条约》的要求而退役的发动机,并使用“飞马座XL”火箭的上面级和整流罩。由于运用了改进的航空电子设备系统,它的性能得到了提升。

首飞中的"平流层发射"飞机

使用情况

美国东部时间4月13日,一架造型古怪的巨型飞机"平流层发射"在位于加州莫哈韦的莫哈韦航空和太空港口进行了时长150分钟的首次飞行。该机长72.5米,翼展117米,空重226.8吨,拥有六台发动机,是目前世界上翼展最大的比空气重的航空器。

现有的米诺陶运载火箭仅存在两种型号用于运载卫星。米诺陶一号运载火箭是只能将小型卫星运送至低地球轨道的运载火箭。米诺陶二号运载火箭又被称为喀迈拉或TLV,通常运送中地球轨道的卫星。主要用于目标跟踪或反导弹试验。米诺陶四号运载火箭具有比米诺陶一号运载火箭更强的低地球轨道酬载能力。另外两型正处于研发阶段,包括米诺陶三号运载火箭、米诺陶五号运载火箭,米诺陶三号运载火箭预计用于中地球轨道;米诺陶五号运载火箭则预计用于发射人造卫星至地球同步轨道、月球转移轨道。

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"平流层发射"与历史上各型最大飞机翼展对比图

而该机最吸引人眼球的,其实不是其巨大的身形,而是其怪异的机体结构:这是一架非常罕见的双机身飞行器。虽然在历史上双机身设计的飞行器并不算少,比如二战末期著名的F-82"双身野马"就是用两架P-51"野马"战斗机拼凑而来,但F-82毕竟只是最大起飞重量10吨不到的"小"飞机,在空重220多吨的巨型飞行器上采用双机身设计,"平流层发射"确实是史无前例的第一次。

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F-82"双野马"战斗机就采用了双机身设计

之所以要采用双机身设计,是因为这种构型好处多多,比如比起单机身飞机更大的载荷,更大的航程等等,但"平流层发射"公司之所以选择这种构造,最大的原因还是——省钱。双机身设计最大的好处,就是可以直接拿两架现成的飞机直接拼合起来就完事,可以节省从头研发和生产制造的巨额成本,而这架"平流层发射"飞机,就是拿两架二手的波音747客机直接拼凑起来的,连发动机都是747原装的普惠PW4506发动机。

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"平流层发射"的二手747发动机特写

这种用一堆二手货拼凑起来的超大规格飞机,到世界各地的机场运人或者运货自然是不可能的了,而"平流层发射"的名字也显示这架飞机的目标要更加远大,那就是:要作为卫星或者火箭的空中发射平台。

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主起落架特写,这六组主起落架也是直接从747上拆下来的

从空中发射火箭相比传统的地面发射好处多多:首先,由飞机担当发射平台,就不用建造诸如发射塔之类的巨大而昂贵的地面发射保障设施;其次,由于飞机本身的机动能力和位于平流层的发射高度,发射时也不存在传统地面发射对发射场天气状况的苛刻要求;再次,飞机发射卫星,飞机本身相当于火箭的第一级,而且是可重复使用的第一级,大大节约了昂贵的火箭箭体和燃料。例如传统方法发射一颗小型卫星需要约5000万美元,如果改用"平流层发射"飞机,这个成本可以压缩到十分之一左右。

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体积明显过大的"平流层发射"飞机

那么这么好的办法在过去为什么没人用呢?其实早就有人在用了,比如美国轨道科学公司开发的"飞马座"运载火箭系统,就是一款从空中发射的运载火箭,并且已经成功投入商业运营中。

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"飞马座"火箭发射瞬间

但问题在于,受制于运载平台飞机本身的大小限制,这些现有的空中发射运载火箭运力普遍偏弱,"飞马座"火箭的近地轨道运载能力就只有区区400公斤左右,与地面发射火箭动辄十几吨的运载能力相差甚远。

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与周围人群一比就可以知道"飞马座"究竟有多小了

于是"平流层公司"干脆从头建造一架专门的大型飞机解决这个问题。按照"平流层发射"公司的设计,该机最大起飞重量将达到590吨,刨除掉机体本身和燃料的重量,能给载荷留下的发射重量最大达到275吨,基本与现在主流的中小型地面发射运载火箭持平。

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俯视角度的平流层发射,中间的巨大空挡刚好能为大型火箭提供足够的容纳空间

在飞机这个发射平台之外,"平流层发射"公司也为卫星运载工具提供了多种选择。除了前面提到的"飞马座"火箭的最新版本"飞马座"XL,"平流层发射"公司自己还研发了"中型运载器"和"重型MLV"两种一大一小运载火箭,其中"重型MLV"的最大近地轨道载荷将达到6吨,基本满足绝大多数这一高度轨道的客户对载荷重量的需求。

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除了上述三款火箭,小型航天飞机也已经在这家公司的脑洞中

当然理想是丰满的,而现实往往是骨感的,这架看上去很美好的"平流层发射"飞机在今后的日子里还要面对诸多挑战:飞机本身才只是刚刚首飞,距离能飞到平流层高度开始商业运营还有一段距离,"飞马座"XL火箭距离能用还有好几年,公司手头也没有拿到任何订单,"MLV"和"重型MLV"干脆还处于PPT状态。而新近崛起的SpaceX公司的"猎鹰"系列可回收火箭更是对"平流层发射"公司的严重挑战,世界最大飞机的首飞,只是这条荆棘之路的开始。

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首飞归来的"平流层发射"飞机

"平流层发射"公司是由前微软联合创始人保罗·艾伦投资建立的,而今这位热衷挑战未知的富豪已经离世,"平流层发射"却才刚刚第一次振动自己的巨大双翅。这架继承保罗遗志的"大鸟"今后能否真的翱翔于平流层之中,让人类与太空的距离更近一步,一切只有时间才能给出答案。