空射火箭在万米高空点火

<p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>核心提示：</strong>2014年3月，美国国防先进研究项目局正式授予波音公司空射辅助太空进入项目合同，用于研发一种长度约7.3米、可由F-15E 战斗机挂载发射的空射运载火箭，这标志着波音公司在空射辅助太空进入的竞争中获得胜利。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">近年来，美国一直在追求以更经济的方式进入太空，空射辅助太空进入项目就是其降低成本的一次尝试。那么，为什么国防先进研究项目局首先想到空射方式呢？与传统运载火箭发射动辄数吨的卫星相比，空射方式的“客户”又是哪一类卫星呢？</p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"> </p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">空射运载火箭模拟示意图</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>先飞起来再点火</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">众所周知，绕地球飞行的卫星速度为7.8公里/秒，但由于地球重力、大气阻力、飞行转弯和轨道切入等因素消耗了部分速度增量。因此，发射卫星进入近地轨道，一般需要运载火箭提供9.1～9.5公里/秒的速度增量。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">而火箭在飞行初期加速慢、爬升慢、重力损耗影响大，其携带的大部分的推进剂就消耗在这一阶段。运用逆向思维，如果火箭点火时就拥有了一定的速度和高度，不就可以用小得多的火箭将同样重的载荷送入太空了吗？没错，这就是人们发展空射运载火箭的初衷。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">根据波音公司披露的信息，空射辅助太空进入项目的研发周期为11个月，合同价值约3060万美元。此外，该合同还包括了后续采购多达12枚空射运载火箭的可选项。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">波音公司的空射运载火箭设计十分独特，它长约7.3米，使用两级火箭设计，第一、二级火箭采用相同型号的发动机。这种独具匠心的设计降低了小型空射运载火箭的重量和复杂程度，并降低了发射成本。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">波音公司的小型空射运载火箭将使用F-15E 战斗机腹下挂载的方式，在约12000米的高度被释放。之后，火箭发动机再点火，并将搭载的卫星送入目标轨道。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>降低发射成本的一次尝试</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">随着航天工业的发展，人们在追求可重复使用航天器、降低发射成本的探索中，尝试了很多方式，空射运载火箭就是其中之一。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">一方面，可重复使用设计最多的是运载火箭在落区降落或飞回发射场。虽然考虑到气象、地形等因素，运载火箭飞回发射场的方案具有先天的优越性。但是，控制火箭返回发射场依然具有巨大的难度，于是科研人员联想到了使用飞机作为运载火箭“第一级”的方案。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">另一方面，20世纪80年代，有人提出了使用空天飞机发射运载火箭的方案。但当时空天飞机的技术指标还难以满足发射火箭的需求，普通飞机作为火箭“第一级”的方案成为了较为现实的选择。空射辅助太空进入和XS-1空天飞机项目就是分别对应的产物。它们二者的设计初衷并不是提高运载系数或是发射灵活性，而是通过飞机的重复使用能力，来降低运载火箭巨额的发射成本。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">在试验中，科研人员发现空射运载火箭还具有灵活方便的特点。一般来说，火箭发射场建造昂贵且数量有限，而机场则要普及的多，同时载机可以自主飞行数百公里甚至更远，空射运载火箭由此具备了发射灵活的特点。虽然它同样也有发射窗口的概念，但在空中的发射窗口要比地面发射的窗口大得多。因此，空射方式具有较强的灵活性。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">一直以来，军事领域一向是科技进步的先驱，早在飞马座空射运载火箭之前，美国就研制了空射反卫星导弹ASM-135。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">ASM-135导弹由F-15A 战斗机挂载携带，试验中，该导弹曾在约11582米的高空发射，并成功地击毁了555公里高度的一颗卫星。从某种意义上说，空射辅助太空进入和空射反卫星导弹可谓异曲同工。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>空射小卫星更受青睐</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">虽然空射运载火箭的方式广受关注，但是它同样有无法克服的局限性。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">空射首先要有飞机挂载，相对于运载火箭的重量，飞机的运载能力实在太小了。使用B-52大型战略轰炸机发射的美国飞马座火箭的质量也不到19吨，比绝大多数小型运载火箭还要小，而其实际运载能力也不到400公斤，仅能发射一些较小的卫星。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">目前，即使是超巨型载机，也仅能发射运载能力为6吨的闪电火箭，而且其尚在研制中，前途未卜。世界众多航天专家认为，在可预见的未来，运载火箭的空射方式仍然只能是地面发射的补充。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">空射辅助太空进入项目中的“辅助”一词，也明确了它仅能充当“补充”的角色。该项目的预期目标是以100万美元或是更低的发射费用，将约45公斤的载荷送入太空。该项目设计主要用于发射小卫星，未来还可能用于发射美军的SeeMe小型侦察卫星。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">F-15E战斗机加空射运载火箭的发射方式可以灵活地选择发射地点和角度，没有常规发射方式等待发射窗口的繁琐。更重要的是，新的空射方式与以往搭载发射相比，在发射任务规划上的灵活性更好。该项目在研制阶段就得到了一些小卫星公司的青睐。空射辅助太空进入的发射费用预期将比现有作为次级载荷搭载发射的费用降低66%，这无疑会大大促进小卫星产业的发展。（张雪松）</p><br />