M5发动机装配了一种已通过飞行级试验的新构型点火器,-5ECA型火箭的运载能力提高20%

[据美国航天参考网2014年9月8日报道]
法国赛峰集团斯奈克玛公司研制的“芬奇”发动机第五种研制样机成功完成地面点火试验。“芬奇”是欧洲新一代液氧/液氢火箭发动机,将用作欧洲正在研发的“阿里安”-5ME和“阿里安”-6运载火箭上面级发动机。具备飞行过程中重复启动能力,其推力是目前“阿里安”-5ECA火箭HM7B上面级发动机推力的3倍以上。

2012年,国外航天运载器及其技术继续发展,在重要型号、发动机技术、防热系统技术、火箭制造技术等方面取得了重要进展。具体概述如下:

斯奈克玛作为“芬奇”发动机的主承包商,在欧洲航天局“阿里安”-5ME和“阿里安”-6运载器研制计划下领导欧洲研发团队。空中客车集团防务与航天公司是两型火箭的工业主承包商。

一、航天运载器

“芬奇”M5发动机装配的分系统与飞行构型十分接近,其中大部分分系统达到最终研制标准。从2013年9月~2014年8月,M5发动机进行了16次总计5987秒的点火试验,是其实际飞行任务运行时间的6倍。M5发动机装配了一种已通过飞行级试验的新构型点火器,其试验包括多达4次连续点火程序。

  1. “猎鹰”-9火箭完成“龙”飞船发射任务

“芬奇”M5发动机样机的试验在德国航天局Lampoldshausen设施P4.1试验台进行,该试验台模拟了空间的真空环境。对试验数据丰富内容的全面分析,以及对发动机硬件的评估即将开始,为满足飞行条件的“芬奇”发动机定型提供了条件。发动机关键设计评审将在2014年11月进行。

2012年10月7日,美国国家航空航天局和太空探索技术公司利用“猎鹰”-9火箭发射了“龙”飞船,该飞船已于10月10日与国际空间站成功对接,NASA完成了第一次商业货运补给任务。在火箭飞行79秒时,第一级9台“隼”发动机中代号为1的发动机燃料管路压力下降,控制系统发出关机指令,发动机停止工作。此后,箭上飞行计算机重新计算了新的上升轨迹,另外并未受到影响的8台发动机把龙太空舱送入了正确的轨道。“猎鹰”-9第二级没有足够的推进剂把有效载荷OG2卫星送入预定轨道。

斯奈克玛公司航天发动机分部经理康卡尔德说:“‘芬奇’M5发动机的动力学和点火试验使我们确认该发动机的成熟度和寿命,以及在使用非常接近飞行条件的分系统情况下所期望具备的性能。‘芬奇’发动机的研制将继续进行,技术和进度将与ESA设定的目标保持一致,特别是要在2017年完成发动机的研制工作。”

2. 法国和德国在发展欧洲主力运载火箭方面存在分歧

如果将最近一系列的试验算在内,“芬奇”发动机目前已经完成总计21500秒的点火试验。接下来将对“芬奇”第六种样机和第七种样机进行试验,验证分系统的合格程度。M6和M7的试验将从2015年开始,分别在斯奈克玛弗农制造厂的PF52试验台和DLR的P4.1试验台上进行。

欧洲将对“阿里安”-5之后新的主力运载火箭进行投资研究。德国提议欧洲应首先发展“阿里安”-5中期渐进运载火箭,集中力量投资这种火箭。“阿里安”-5ME与“阿里安”-5相比采用了新的上面级,比目前的“阿里安”-5ECA型火箭的运载能力提高20%。而法国则支持发展“阿里安”-6运载火箭,该型火箭的地球同步转移轨道运载能力为3吨~8吨,可靠性高于“阿里安”-5系列火箭,成本比“阿里安”-5低,并能够实现更高的发射频率。

3. 俄罗斯“质子”运载火箭发射再次失败

2012年8月6日,俄罗斯“质子”-M火箭携带两颗通信卫星发射升空。“质子”-M火箭前三级工作正常,第三级与“微风”-M上面级按预定程序正常分离,随后“微风”-M上面级主发动机完成了两次点火,在第三次点火7秒时主发动机因故障出现异常关机,导致“微风”-M上面级和两颗卫星滞留错误轨道。俄罗斯航天局宣布发射失败。2010年12月以来,俄罗斯已经连续遭遇7次航天任务失败,损失了8颗卫星、一艘货运飞船和一个火星探测器。7次失败中有6次是火箭故障造成的,其中“质子”火箭失败3次,均为上面级故障,损失了5颗卫星。

4. 日本继续推进新型固体运载火箭的研制工作

2012年10月,日本宇航探索局宣布将在2013年夏发射首枚轻型“艾普西隆”运载火箭。“艾普西隆”使用H-2A火箭固体助推器作为第一级,M-V火箭上面级升级后作为第二级和第三级。该火箭能将1200千克的有效载荷送入近地轨道,能将450千克的有效载荷送入500千米的太阳同步轨道。“艾普西隆”降低发射成本的措施是实施高效的发射操作,采用了具备人工智能的航空电子设备系统,这类系统设计具有高度智能使运载器自动执行检测,并通过高速网络与地面支持设备连接在一起。“艾普西隆”火箭由于具备自动检测能力,可以使用一台台式计算机实现火箭的发射控制。此外,“艾普西隆”火箭的自动检测能力将极大减少工作量和人力。而且该型火箭在设计时减少了火箭元件的数量,简化了火箭的装配工作,这使得火箭在第一级安置在发射台后1周内实现发射成为可能。

5. 美国军方停止了重复使用助推飞行器的研究工作

2012年,美国空军研究实验室取消“重复使用助推飞行器”项目,主要原因是由于空军预算削减。2011年,美国空军授权3家公司研发RBS体系架构的合同,其中包括波音公司、洛克希德·马丁公司、安德鲁斯太空系统公司,空军原计划从中选择一家承包商建造被称为“RBS探路者”演示验证飞行器。洛·马公司已经按预期完成了硬件测试。RBS是一种可重复使用的垂直起飞水平着陆飞行器,该飞行器可用于取代一次性运载火箭“德尔它”-4和“宇宙神”-5,可较大幅度降低发射成本。

6. 美国SpaceX公司研制重复使用“蚱蜢”火箭

2012年11月,SpaceX公司试验了新型“蚱蜢”火箭,该火箭在8秒钟的试验中升起了近两层楼高。“蚱蜢”火箭是重复使用运载器的样机,主要用于测试垂直起降技术。“蚱蜢”高32.3米,装配有四个着陆支架和一台“隼”-1D发动机。SpaceX公司计划将“蚱蜢”用作“猎鹰”-9火箭的第一级,如果“猎鹰”-9两级都使用“蚱蜢”,则可以形成完全重复使用的运载器。

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