轨道ATK公司正在准备“安塔瑞斯”火箭的复飞任务

<p align="center"> </p><p>　　根据美国国家航空航天局（NASA）商业乘员项目的任务计划，美国轨道ATK公司拟于2016年夏季采用其改进型“安塔瑞斯”火箭携载“天鹅座”货运飞船发射进入太空。目前轨道ATK公司正积极开展该火箭复飞任务的准备工作。</p><p>　　2014年10月30日，“安塔瑞斯”火箭在NASA沃洛普斯试验基地第三次执行国际空间站补给任务，在发射升空后6秒发生爆炸。根据NASA和轨道ATK公司的事故调查报告，爆炸原因是由于火箭一子级AJ-26发动机出现故障所致。在随后的一年多时间里，轨道ATK公司从各种技术方面陆续对“安塔瑞斯”火箭加以改进，并将其型号编定为“安塔瑞斯”200系列，目前已经完成最终的发射任务操作程序并进入任务准备状态。</p><p>　　轨道ATK公司对“安塔瑞斯”火箭的改进内容主要有：</p><p>　　<strong>一、发动机与地面发射设施</strong></p><p>　　1、采用2台RD-181发动机，以替换原一子级AJ-26发动机。</p><p>　　RD-181发动机在设计上与“宇宙神”5火箭使用的RD-180发动机相似。2台RD-181发动机的推力在使用同量推进剂条件下将比AJ-26发动机高出13%，点火关机时间为214秒，而原130型火箭则为234秒。</p><p>　　2、针对230型火箭的二子级，配置ATK公司的CASTOR 30XL固体火箭发动机。</p><p>　　3、不再使用过冷液氧。</p><p>　　负责“安塔瑞斯”火箭项目的副经理库尔特·埃伯利指出，这是更换AJ-26发动机后带来的另一个显著变化。AJ-26发动机是由俄罗斯液氧煤油发动机NK-33改装而来，NK-33发动机采用富氧分级燃烧技术，性能优越且成本低廉，但变型AJ-26并应用于“安塔瑞斯”火箭后，由于轨道ATK公司使用正常沸点的液氧，而俄罗斯Energomash公司（AJ-26发动机制造商）因AJ-26发动机在不同温度条件下的测试次数不多（据资料显示，总测试次数也就10多次，且有2次失败），温度限制条件非常严格，导致发动机的可靠性不稳定。</p><p>　　4、对沃洛普斯试验基地的0A号发射台进行适应性改造。</p><p>　　原计划是要拆除过冷装置，但经过对全美国液氧储罐温度及输送管线的相关数据的调查后，决定保留该装置以备后续使用。对此采取的相应改造措施是在过冷装置上增加一个旁路管线，这样可以先冷却一部分液氧，然后将其混合到主液氧管线中。轨道ATK公司已完成相关测试并取得良好效果。</p><p>　　<strong>二、电子设备和控制系统及相关软件</strong></p><p>　　改进后的“安塔瑞斯”火箭设计了许多新接口，轨道ATK公司陆续对火箭的电子设备和控制系统以及相关软件进行适应性完善。</p><p>　　1、电子设备和控制系统的替换。</p><p>　　轨道ATK公司原先使用穆格（Moog）公司的TVC（推力矢量控制）箱进行数字化通信，并在操纵AJ-26发动机时通过该TVC箱关闭回路。但目前该公司针对RD-181发动机应用了自己研发的电子设备和控制系统，因此对两者之间接口还需做进一步适用性调整。上述电子设备和控制系统的低级代码是新研发的，轨道ATK公司在亚利桑那州钱德勒配置了一整套的台式制造设备，以进行电子设备和控制系统、控制设备与上部装配构件的生产。目前进入软件验证阶段，对不同的控制运算情况进行调试，并取得效果良好。随后将进行系统模拟测试。</p><p>　　2、RD-181发动机的操作控制。</p><p>　　RD-181发动机的点火程序与AJ-26发动机的在设计上很大差异。AJ-26发动机配置的是高温阀门，而RD-181发动机则配置的是螺管式阀门，需要通过相应的程序才能打开。轨道ATK公司与俄罗斯Energomash公司共同研究应对发动机点火问题。此外，针对点火后的健康检测，由于轨道ATK公司从AJ-26发动机处理方面积累了一定经验，其关键性数据的应用加快了当前研究工作的进展。</p><p>　　3、补给货物重量的配置。</p><p>　　“安塔瑞斯”230型火箭的最大货物载重量为3200公斤，但是根据NASA的任务补给需求，还需针对超出的载重量以其他方式进行调整。轨道ATK公司认为可以通过瞬时发射窗口方式加以实现，但仍希望以当前的发射窗口（将飞船发送到高轨道，或使用较长的发射窗口）达到NASA的载货量需求。</p><p>　　采用改进型“安塔瑞斯”火箭实施今年夏季ISS补给任务的发射窗口的时长为15分钟，但该时间因子仍有待补给任务具体内容固化后才能确定。轨道ATK公司目前一直坚持3200公斤载货量的设定，且认为NASA的载货量需求达不到该数量值。该公司CRS项目副总裁戴夫·海斯特曼指出，如果“天鹅座”飞船返程时携载的货物很少，那么就要对货物配置及发射窗口使用进行重新评估。通常，轨道ATK公司会在发射前4个月与用户对该里程碑事件进行固化，即称为“货物综合评审”。</p><p>　　4、发射日倒计时程序的修正。</p><p>　　轨道ATK公司目前正在对改进型“安塔瑞斯”火箭的发射倒计时及其之前的时间进度框架进行重构。“安塔瑞斯”130型火箭的倒计时较长，轨道ATK公司拟缩短该时间段，并将其中部分程序放置在倒计时程序之前进行，如过冷装置的液氮加注等，这样可将倒计时的时长缩短到约5小时。在进入最后1.5小时后，开始加注推进剂，首先是液氧，30分钟后加注煤油，然后再同时对液氧和煤油进行补加。这些过程全部为自动操作控制并加以人工介入。</p><p>　　此外，改进型“安塔瑞斯”火箭的最后倒计时自动程序始于发射前3分钟，操作人员将加注程序转换到火箭箭载飞行计算机上，但同时仍可从地面系统进行该程序的中止。从发射前3分钟起，开始对贮箱进行加压，并将导航系统切换到自由惯性模式。进入射前3分钟后，开始启动点火程序：首先使用加热的氮气对发动机主燃烧室和涡轮泵进行吹除，然后实施启动发动机的整套程序。</p><p>　　5、进行火箭健康状态检测。</p><p>　　在RD-181发动机点火后，“安塔瑞斯”火箭将在发射台停留不超过3秒钟，以便对火箭的每个发动机进行健康状态检测，其中主要指标为涡轮泵的速度，如果该速度值在正常范围内，表明火箭状态一切良好。随后，打开发动机活门，释放牵制机构，向后放置用作脐带杆的运输-起竖-发射（TEL）装置，并当推力超过质量时，切断连接管线。</p><p>　　在“安塔瑞斯”火箭起飞后，即刻对其实施一次Baumgartner式（以该火箭制导导航与控制系统负责人Paul Baumgartner命名）操纵，火箭稍为倾离TEL。这样操作的益处在于减少TEL的使用以及发动机羽烟的附着量，从而可使火箭快速旋转。</p><p>　　此外，“安塔瑞斯”火箭返回飞行时，在一子级与二子级点火燃烧之间有一段相对较长的海岸段飞行时间。轨道ATK公司在此阶段将启动回路关闭导航，即由NASA研发的动力显式制导系统（PEG）。这种方法对于最后一级采用固体发动机的火箭是非常有效用的，它可以将固体火箭发动机的点火燃烧过程分成两部分，以此继续修正制导程序。</p><br />