人們早已習(xí)慣看到運(yùn)載火箭從發(fā)射臺(tái)上拔地而起的鏡頭,從飛機(jī)上發(fā)射火箭多少有點(diǎn)讓人驚訝。它源于美、蘇在上世紀(jì)70年代爭霸背景下提出的反衛(wèi)導(dǎo)彈、戰(zhàn)略導(dǎo)彈空基發(fā)射設(shè)想。在上世紀(jì)80年代末期原蘇聯(lián)一家設(shè)計(jì)局披露了他們所研究的一種新的系列空射型運(yùn)載火箭,這種四級(jí)固體空射型運(yùn)載箭從原蘇聯(lián)經(jīng)過改進(jìn)的安-124運(yùn)輸機(jī)的后貨艙門發(fā)射。可將小型有效載荷送入低地軌道、逃逸軌道。低地軌道的最大有效載荷可達(dá)800公斤,最大的一種型號(hào)可將450公斤重的有效載荷送入軌道。不過該方案后因成本過高、技術(shù)難度過大和研制周期過長而停止。
不過還是在上世紀(jì)90年代初美國用一架B-52飛機(jī)在大西洋上空13公里處發(fā)射了一枚“飛馬座”運(yùn)載火箭,將巴西第一顆人造衛(wèi)星送入756千米的預(yù)定軌道,開創(chuàng)了從飛機(jī)上發(fā)射運(yùn)載火箭的新途徑。美國運(yùn)用這一技術(shù)還成功的已完成幾十次商業(yè)發(fā)射,將80余顆衛(wèi)星送入近地軌道。其中軍用衛(wèi)星占有效載荷總數(shù)量的49%。
B-52飛機(jī)在大西洋上空13公里處發(fā)射了一枚“飛馬座”運(yùn)載火箭
在經(jīng)歷了兩次發(fā)射推遲后,北京時(shí)間2016年12月15日晚21時(shí)38分,美國軌道ATK公司成功用運(yùn)輸機(jī)搭載的飛馬座XL火箭空射NASA衛(wèi)星,將8顆微小衛(wèi)星送入低地球軌道,這8顆微小衛(wèi)星將組成被稱為“熱帶氣旋跟蹤衛(wèi)星”(CYGNSS)的微小衛(wèi)星星座,用于監(jiān)測、預(yù)報(bào)颶風(fēng)強(qiáng)度。
空射地點(diǎn)在美國東海岸佛羅里達(dá)州代托納比奇以東200多公里的大西洋上空進(jìn)行,綽號(hào)“占星家”的改裝運(yùn)輸機(jī)“L-1011三星”機(jī)腹載有飛馬座XL火箭,該火箭是使用固體燃料的三級(jí)火箭,火箭頭錐內(nèi)搭載的八顆微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)相同,每顆衛(wèi)星僅重28.9公斤,有效載荷總質(zhì)量345.6千克。
火箭掛載在洛馬公司的STARGAZER運(yùn)輸機(jī)腹部爬升到海拔12千米發(fā)射
現(xiàn)代航天發(fā)射成本高昂最重要的原因就是一次性使用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)太貴,如果能夠通過大飛機(jī)平臺(tái)把火箭帶到12公里以上的高空再發(fā)射,高空空氣稀薄了很多又有一定的初速度,有可能讓火箭省去一級(jí)火箭(或省去助推器),大大削減發(fā)射成本。
說明:航天發(fā)射的運(yùn)載火箭成本(不考慮研發(fā)和人力成本以及發(fā)射場成本),99%都是火箭箭體成本,其中火箭發(fā)動(dòng)機(jī)成本占絕大多數(shù),而燃料成本不到1%。
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大飛機(jī)做為平臺(tái)發(fā)射火箭到目前還沒有現(xiàn)實(shí)的案例,還只是個(gè)設(shè)想,但是從現(xiàn)有的裝備分析,似乎又并不是不可做到。以現(xiàn)有的最大飛機(jī)An-225和我國的長征7號(hào)的基本性能參數(shù)為目標(biāo),分析一下可能性:
An-225:最大起飛重量640噸,空重175噸,實(shí)用升限1萬米。做為航天發(fā)射平臺(tái)運(yùn)用,航程和載油量在應(yīng)該都不是限制因素。
假如對(duì)An-225進(jìn)行必要的改造和改進(jìn),讓它的結(jié)構(gòu)適合在機(jī)腹部掛裝巨型火箭(火箭不需要封閉在機(jī)艙內(nèi)),假設(shè)起飛重量和空重沒有太大變化,加上65噸燃料,則最大運(yùn)載火箭的重量有望達(dá)到400噸;即使載油165噸,也能有300噸載荷能力。實(shí)際上安225在要求一定航程基礎(chǔ)上的最大載荷就能達(dá)到300噸。
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長征7號(hào):第二級(jí)質(zhì)量約100噸,第一級(jí)質(zhì)量160噸,4個(gè)助推器質(zhì)量77.5×4,總計(jì)質(zhì)量約570噸,再加上一些載荷質(zhì)量,標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射質(zhì)量是595噸。
假如適當(dāng)改造,專用大飛機(jī)平臺(tái)至少能承擔(dān)“載荷+二級(jí)+一級(jí)”的質(zhì)量,約285噸的質(zhì)量是毫無壓力的。而且考慮到飛機(jī)達(dá)到的初速、初始高度(已經(jīng)飛越了低空高密度空氣區(qū)),其運(yùn)載能力甚至可以超過捆綁4個(gè)助推器在地面起飛的長征7號(hào)。
同時(shí),用大飛機(jī)發(fā)射火箭還有個(gè)好處是節(jié)約了發(fā)射場成本,因?yàn)闄C(jī)場和專用火箭發(fā)射場是不可同日而語的。
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