戰神5號運載火箭?是美國航空航天局?(NASA)于2009年10月新設計的“戰神”5重型火箭,“戰神”5的芯級氫氧發動機臺數從5臺增加到6臺,捆綁助推器從5段式加大到5.5段式,火箭高度增加了6米,達到106米,運載能力有所增大。至今美國仍在開發低地球軌道運載能力超過100噸的戰神5號火箭。

中文名

戰神5號運載火箭

國家

美國

用 途

運載火箭

現 況

取消

級 數

2

近地軌道

188,000千克(414,469磅

GEO

71,100千克(156,749磅

高 度

109.2?米?(358尺)

直 徑

8.4米

簡介

戰神5號貨物運載火箭的原型是著名的“土星-5號”運載火箭?!巴列牵?號”運載火箭在美國的“阿波羅”登月計劃中的一個重要角色。新型運載火箭戰神5號能夠將四十五噸重的月球著陸探測器送入太空。其將使用兩個五節固體燃料火箭加速器和J-2X火箭發動機。

戰神”5火箭是美國下一代航天運輸系統中的重型貨運火箭,作為NASA安全而可靠地向太空運送大型設備的主力火箭,所運送的貨物既包括建造月球基地所需的登月飛船和物資,也包括食品、水和其它物品[1]。在NASA的探測任務目標下,“戰神”5是正在“星座”計劃下研制、將用于把人員送到月球乃至火星和太陽系中更遠的地方的高效費比航天運輸基礎設施的重要組成部分。

“戰神”5的研制工作由設在NASA馬歇爾航天飛行中心的戰神項目組共同研制新的火箭設備和飛行系統,并使來自大型“土星”火箭及航天飛機推進組件的各項技術。

“戰神”5是一種垂直吊裝的兩級重型火箭,能把近188噸的貨物送入低地軌道。與“戰神”1載人火箭配合共同把有效載荷先送入地球軌道的情況下,“戰神”5可把近71噸的貨物送往月球?!皯鹕瘛?的第一級依靠的是兩臺5.5段式可重復使用固體火箭助推器。

“戰神”5火箭的兩臺可復用固體火箭助推器將安裝在稱為“芯級”的單臺液體燃料核心助推器兩側。該芯級的貯箱是由“土星”5火箭衍生而來的,用于向成組安裝的6臺RS-68B火箭發動機輸送液氧和液氫推進劑。RS-68B是目前用在德爾它4火箭上的RS-68發動機的升級型號。RS-68是由美國空軍出資在19世紀90年代為其“漸進一次性運載器”計劃以及商業發射使用而研制的,這些推進組件構成了“戰神”5的第一級。芯級和“戰神”5的離地級(上面級)連接到一起。離地級采用J-2X主發動機。

戰神5號火箭運載重物的質量是航天飛機載重量的6倍,運載重物的容量是航天飛機的3倍。

戰神5號火箭甚至可以將體積更大的望遠鏡送入太空。它可以運送大型分段式望遠鏡(segmented?telescope),分段式望遠鏡有多個鏡片,這些鏡片可以折疊以利于運輸,比如“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡,但新型分段式望遠鏡的體積卻是“詹姆斯·韋伯”望遠鏡的三倍。

發射

用固體火箭助推器和芯級推進系統將把火箭帶入低地軌道。與用完了的芯級分離后,離地級的J-2X發動機將開始工作,把火箭送入一條圓形軌道。離地級的整流罩將分離,以準備登月艙與“奧利安”飛船的交會對接。乘有4名宇航員的“奧利安”飛船由“戰神”1火箭單獨發射,然后與已入軌的離地級及其登月艙有效載荷對接。對接后,離地級會再次讓J-2X發動機點火工作,以獲得掙脫地球引力束縛所需的逃逸速度。對接后的組合體由此將開始飛往月球的征程。

離地級在將“奧利安”飛船和“牽牛星”登月艙的組合體送上奔月的路線后將被拋掉。進入月球軌道后,宇航員將迅速轉入登月艙,然后落向月面?!皧W利安”飛船將留在月球軌道上,直到宇航員乘登月艙的上升級離開月面后與其交會對接,然后開始返回地球。

“戰神”5在向地球軌道或地月轉移軌道運送重型探測、科學和商業有效載荷方面也具有無可匹敵的能力。這種能力還將使NASA能在未來適時地對比月球更遠的地方開展載人探測。

“戰神”5火箭的首次試飛計劃在2018年前后進行,而首次執行載人登月任務的時間則定在2020年前后?;鸺目蓮陀霉腆w火箭助推器主承包商為ATK發射系統公司,J-2X上面級發動機和RS-68B芯級發動機主承包商為普惠洛克達因公司。

優勢

據美國宇航局網站報道,在天文學“游戲”中,尺寸至關重要。要想獲得距地球數十億光年遠的天體清晰照片,我們便需要大口徑天文望遠鏡。隨著美宇航局新一代戰神5號火箭即將問世,天文學的“游戲規則”或由此改變。

對天文研究產生重大變革

特倫森領導實施了多項先進的天文學概念研究。他認為,“美宇航局新型戰神5號火箭將徹底改變‘游戲規則’?!睉鹕?號火箭擔負著發射美宇航局新一代載人月球登陸器及月球基地所需要貨物的重任,其龐大的保護罩足可裝下大約8輛校車,火箭的動力足以將18萬公斤的重物(大約相當于16或17輛校車)送入低地軌道。另外,戰神5號火箭運載重物的質量是航天飛機載重量的6倍,運載重物的容量是航天飛機的3倍。

特倫森說:“想一想,這種火箭所能發射的望遠鏡將會是什么樣子。這種望遠鏡將對天文學研究產生重大變革?!瘪R歇爾太空飛行中心光學工程師菲爾·斯塔西爾(Phil?Stahl)舉例說明了這一點:“戰神5號可以攜帶直徑達8米的超大口徑望遠鏡,我們目前已掌握了制造這種望遠鏡的技術。由于不必將大型望遠鏡放到小型運載火箭上發射,這樣,發射的危險相對較低,同時在成本方面還存在巨大優勢?!?/span>

斯特西爾指出,相比之下,“哈勃”天文望遠鏡直徑只有2.4米。直徑8米的單鏡面望遠鏡(monolithic?telescope)觀測物體的清晰度是“哈勃”望遠鏡的3倍。更為重要的是,在相同的觀測時間內,直徑8米的望遠鏡可以看到的天體會比“哈勃”望遠鏡暗上11倍,因為前者的光收集區域是后者的11倍。

戰神5號火箭甚至可以將體積更大的望遠鏡送入太空。它可以運送大型分段式望遠鏡(segmented?telescope),分段式望遠鏡有多個鏡片,這些鏡片可以折疊以利于運輸,比如“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡,但新型分段式望遠鏡的體積卻是“詹姆斯·韋伯”望遠鏡的三倍。

敏感度是哈勃近兩千倍

太空望遠鏡科學研究所的天文學家馬可·鮑茨曼(Marc?Postman)多年來一直在設計直徑16米的分段式光學/紫外望遠鏡——ATLAST(先進技術大孔徑太空望遠鏡的縮寫形式)。如此大孔徑的望遠鏡的科學意義當然不同尋常。鮑茨曼說:“ATLAST望遠鏡的敏感度是哈勃望遠鏡的近2000倍,圖像清晰度是哈勃或詹姆斯·韋伯望遠鏡的7倍左右。它可以幫助我們揭開一個曠日持久的謎團——‘地球以外的地方是否還存在生命?’”

ATLAST望遠鏡的超敏感度還可以大大增加天文學家對樣本大小恒星的觀測范圍,在宇宙某個角落去尋找適于生命居住的星球。鮑茨曼說:“在太空望遠鏡的幫助下,我們可以獲取繞附近恒星(距地球60至70光年遠)旋轉的地球質量行星的光譜。我們可以從這些行星的光譜信號中探測氧氣和水的痕跡。ATLAST望遠鏡還能精確確定地球附近星系中恒星的誕生日期,讓我們對星系聚集恒星的方式進行準確描述?!?/span>

ATLAST望遠鏡還可以探究星系和黑洞之間的聯系??茖W家知道,幾乎所有現代星系的中心都有超大質量的黑洞。鮑茨曼解釋說:“超大質量黑洞的形成和星系的形成可能存在著重要聯系,但我們不了解它們這種關系的性質。是黑洞最先形成,作為種子讓星系在它們周圍生長呢,還是星系最先形成,作為恒溫箱養育了超大質量的黑洞呢?大型紫外/光學望遠鏡可以解答這個問題:如果我們的望遠鏡發現古代星系中心沒有超大質量的黑洞,這意味著星系沒有黑洞亦能存在?!?/span>

美國得克薩斯大學天文學家丹·萊斯特(Dan?Lester)提出了建造一種直徑達16米的大型望遠鏡的想法,這種望遠鏡將用于探測遠紅外波長。萊斯特說:“遠紅外望遠鏡與斯塔西爾和鮑茨曼的光學望遠鏡截然不同,但是對它們的有力補充。在光譜的遠紅外線部分,我們一般不能看到恒星星光本身,但可以看到恒星周圍的塵埃和氣體的閃光。在恒星形成的早期階段,原恒星周圍是可見光無法穿透的一層層塵埃物質。遠紅外望遠鏡可以讓我們探測這些巨大、稠密云團的內部?!?/span>

大型望遠鏡前景一片光明

在遠紅外線范圍內進行科學觀測尤其具有挑戰性。這些長長的波長直徑是可見光的數百倍,所以,天文學家很難獲得天體的清晰照片。萊斯特說:“大型望遠鏡是獲取高清晰紅外線波長所必需的?!蓖顾鳡柡王U茨曼的望遠鏡一樣,萊斯特的單孔徑遠紅外望遠鏡(縮寫SAFIR)有兩種型號:8米單鏡面和16米分段式。

萊斯特意識到,在戰神5號火箭幫助下,他可以發射一臺不需要復雜折疊的8米望遠鏡,“但另一方面,如果我們不介意因折疊功能而增加復雜性和費用,同時使用戰神5號火箭來發射,那么我們就可以發射真正大口徑望遠鏡?!背松鲜鐾h鏡外,戰神5號火箭還可以將直徑8米的X射線望遠鏡發射到太空。美宇航局頗負盛名的錢德拉X射線太空望遠鏡只有一面直徑為1米的鏡子,可以想象,擁有一面直徑8米鏡子的錢德拉望遠鏡會揭示一個怎樣的世界!

錢德拉X射線太空望遠鏡中心天文學家羅格·布里森登(Roger?Brissenden)對未來一臺稱為Gen-X的8米X射線太空望遠鏡的前景激動萬分。他說:“Gen-X將是擁有超凡力量的X射線太空望遠鏡,會開辟天體物理學的新邊疆。這臺望遠鏡將會去觀測宇宙大爆炸以后數千億年誕生的最早一批黑洞、恒星和星系,幫助我們確定它們怎樣隨時間演變。眼下,對年輕宇宙的研究幾乎完全停留于理論層面,但在超強敏感度的望遠鏡的幫助下,這些早期天體將顯露廬山真面目?!?/span>

戰神5號火箭確實會增強我們對宇宙的了解。特倫森說,它將擺脫科學任務質量和體積限制的枷鎖,將我們帶入深空,“觀測你做夢也想象不到的無數天文現象。這顆大型火箭將會徹底改變天文學研究。我對這一天有些迫不及待了?!?/span>

星座計劃

美國新一代航天工程“星座計劃”則包含了載人登月等一系列雄心勃勃的目標,旨在2015年開始將宇航員送達國際空間站,然后2020年再次載人登月。

一、戰神-1是載人航天載具,用于發射新一代載人探索航天器——獵戶座飛船,取代NASA當前使用的航天飛機。

二、戰神-4既可以用來發射貨物也可以用來發射飛船,送月球著陸器或獵戶座飛船進入正確軌道。

三、戰神-5目前的定位是貨物運載火箭,運載牽牛星號登月艙,以后火星探測計劃中其功能將得到進一步擴展,可能將用于人員運輸。

基本數據

戰神5號運載火箭

功能

載物運載火箭

制造公司

ATK固態運載火箭公司(第一節)TBD運載火箭公司(第二節)

國家

美國

尺寸

高度

109.2米(358尺)

直徑

8.40米

節數

2節

酬載能力

低地球軌道

130,000公斤

月球軌道

65,000公斤

發射紀錄

現況

發展中

發射場

肯尼迪太空中心LC-39A發射臺

發射次數

0次

首次發射

預計2018年發射

助推器(Stage0)-五段式固態輔助火箭

火箭形式

2枚固態輔助火箭

引擎

1固態引擎

推力

2,800,000磅(海平面);3,300,000磅(真空最大值)

推進時間

150秒

燃料

APCP(solid)

第一級

引擎

5RS-68火箭引擎663,000磅(海平面);751,0001磅(真空),單臺引擎

推力

8,900,000磅

推進時間

510秒

燃料

液態氫/液態氧

第二級-地球逃脫節

引擎

1臺J-2X火箭引擎

燃料

液態氫/液態氧

戰神5號運載火箭