歐洲的“阿麗亞娜”-5

“阿麗亞娜”-5是繼“阿麗亞娜”-4之后歐空局推出的一種大型運(yùn)載火箭。研制這種火箭的設(shè)想可以追溯到1979年，當(dāng)時主要是想研制一種能把10噸重的“使神”號載人航天飛機(jī)送入200千米高的低地軌道的運(yùn)載火箭，具體方案是使用“阿麗亞娜”-4的L210第一級捆綁“阿麗亞娜”-3的固體助推器（當(dāng)時“阿麗亞娜”-4的液體助推器還沒研制），上面使用裝45噸推進(jìn)劑的低溫級，再上面裝“使神”號航天飛機(jī)或在用于向靜地軌道發(fā)射時裝H10第三級。此后火箭方案幾經(jīng)變動。

歐洲阿里安-5型運(yùn)載火箭

1985年1月，歐空局批準(zhǔn)了該火箭研制的預(yù)備性計劃；1987年11月在歐空局部長級會議上“阿麗亞娜”-5研制計劃正式得到批準(zhǔn)。

“阿麗亞娜”-5研制計劃的最初目標(biāo)是：可用于向靜地轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行單星或多星發(fā)射，單星發(fā)射運(yùn)載能力為6.8噸，雙星運(yùn)載能力為5.9噸；可把22噸重的“使神”號航天飛機(jī)送入100千米×463千米、傾角28.5度的轉(zhuǎn)移軌道；提供4.57米直徑的圓筒形典型有效載荷空間，以與美國航天飛機(jī)兼容；達(dá)到0.98的總可靠性指標(biāo)；在發(fā)射“使神”號航天飛機(jī)時滿足0.999的安全性要求；實現(xiàn)成本方面的目標(biāo)，即在每年發(fā)射8次、其中4次是靜地轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射的前提下，在向靜地轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射雙星時成本要比使用“阿麗亞娜”-4低10%以上（相當(dāng)于單位重量發(fā)射成本降低45%）。1993年歐空局決定取消“使神”號航天飛機(jī)計劃，但對“阿麗亞娜”-5火箭的可靠性要求并沒有降低，要求達(dá)到0.985，即每發(fā)射70次才可以有一次失敗。

“阿麗亞娜”-5火箭的研制費(fèi)用由歐空局的14個成員國分擔(dān)，出資較多的法國、德國和意大利分別負(fù)擔(dān)46.2%、22%和15%。該項目的經(jīng)費(fèi)最初定為72億美元，加上20%的不可預(yù)見費(fèi)用，實際上包括可行性論證工作在內(nèi)總投資達(dá)86.8億美元。歐空局有一條原則，即出資國的出資最終將以補(bǔ)償合同的形式返還給出資國，因此“阿麗亞娜”-5火箭各組件的研制與生產(chǎn)工作都承包給了歐洲廠家。

火箭的總承包商是法國國家空間研究中心，法國宇航公司同過去一樣仍作為該火箭項目的總體承包商（歐空局稱之為“工業(yè)設(shè)計師”），負(fù)責(zé)總體、低溫主級和固體助推器。其它主要分包商還有德國奔馳宇航公司（負(fù)責(zé)上面級）、歐洲動力裝置制造公司（負(fù)責(zé)低溫主級與上面級的推進(jìn)裝置）、歐洲推進(jìn)公司（歐洲動力裝置制造公司與意大利BPD防御與空間公司的合資公司，負(fù)責(zé)固體助推器的推進(jìn)部分）、賴古勒斯公司（歐洲動力裝置制造公司與法國國家火炸藥公司的合資公司，負(fù)責(zé)固體推進(jìn)劑）、馬特拉·馬可尼航天公司（負(fù)責(zé)設(shè)備艙）、道尼爾公司（奔馳宇航的子公司，負(fù)責(zé)三星支架）和厄利孔-康特拉夫斯公司（負(fù)責(zé)整流罩）等。

“阿麗亞娜”-5火箭在結(jié)構(gòu)上分為下部組合和上部組合兩大部分。下部組合與所執(zhí)行的發(fā)射任務(wù)無關(guān)，由低溫主級和兩臺大型固體助推器組成。上部組合在最初設(shè)計時分為載人和不載人兩種情況：不載人時它由上面級（用于向低地軌道、太陽同步軌道和靜地轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射）、設(shè)備艙、整流罩、多星發(fā)射支架和有效載荷適配器組成；載人發(fā)射時它就是裝在適配器上的“使神”號航天飛機(jī)。“使神”號計劃取消后只剩下頭一種情況，但要根據(jù)有效載荷的情況選配整流罩和多星支架。

“阿麗亞娜”-5可以把重6.8噸的單一有效載荷送入傾角5~12度的靜地轉(zhuǎn)移軌道，雙星和三星發(fā)射時這一能力分別為5.9噸和5.5噸。它還能把10噸重的衛(wèi)星送入800千米、傾角98.6度的太陽同步軌道，把18噸重的貨物送入550千米、28.5度的圓形低地軌道，70千米×300千米、傾角28.5度軌道的運(yùn)載能力為22.6噸。

“阿麗亞娜”-5的固體助推器代號P230或EAP（固體助推器級），共有兩臺，捆綁在芯級兩側(cè)。每臺助推器都可裝帶降落傘回收裝置，用于從海上回收，以對發(fā)動機(jī)、助推器殼體、殘留推進(jìn)劑和設(shè)備的工作情況進(jìn)行檢查，積累更多的發(fā)動機(jī)工作數(shù)據(jù)。目前計劃每年回收兩套助推器。回收系統(tǒng)所用的降落傘由俄一專業(yè)研究所生產(chǎn)。回收裝置裝在助推器前裙體內(nèi)，可根據(jù)需要快速拆裝，重量不到助推器本身重量的0.6%。從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，目前還沒有重復(fù)使用固體助推器的打算。

固體助推器全長31.16米（其中發(fā)動機(jī)長26. 774米），主體直徑3.049米，分三大段澆注，采用丁羚推進(jìn)劑。每臺助推器總重為268噸，其中裝藥重量237.1噸（后、中、前段各為106.5噸，I07.6噸和23.0噸），噴管6.1噸，內(nèi)部絕熱層4.9噸，殼體19.7噸，點(diǎn)火裝10.3噸。藥型除前段在周向開15個矩形槽外，其余均為圓柱形內(nèi)孔燃燒，由下而上略呈錐形。 發(fā)動機(jī)的燃燒時間為129.4秒，起飛時的海平面推力為5250千牛（真空推力6000千牛），真空比沖2658牛·秒/千克，總沖在610兆牛以上。出口直徑2.826米的噴管可利用分開90度安裝的兩個液壓作動器實現(xiàn)6度的偏轉(zhuǎn)（最大7度）。噴喉采用碳-碳燒蝕材料，直徑0.9米。

“阿麗亞娜”-5的第一級代號H155或EPC（低溫推進(jìn)級），又稱低溫主級，使用一臺燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)的火神低溫氫氧發(fā)動機(jī)，該級長30.7米，直徑5.4米，起飛時重量為167.5噸。第二級級代號L9.7或EPS（可貯推進(jìn)級），采用開式循環(huán)的擠壓式可貯推進(jìn)劑艾斯塔斯發(fā)動機(jī)，該級長3.3米，直徑3.9米，推進(jìn)劑為6.5噸四氧化二氮和3.2噸單甲基肼，分裝在四個直徑1.41米的貯箱內(nèi)。艾斯塔斯發(fā)動機(jī)真空推力27. 5千牛，真空比沖3097牛·秒/千克，燃燒時間（3次工作）總計為1100秒。發(fā)動機(jī)可擺動6度，以進(jìn)行俯仰和偏航控制。

“阿麗亞娜”-5的設(shè)備艙位于第二級發(fā)動機(jī)的外圍。與“阿麗亞娜”-4的設(shè)備艙不同，它帶有姿控系統(tǒng)，用于第一和第二級工作期間的滾動控制和工作結(jié)束后的三軸控制。

厄利孔一康特拉夫斯公司生產(chǎn)的整流罩直徑5.4米，有長型和短型兩種，可接納直徑4.57米的有效載荷。短型罩長12.7米，重2.3噸，長型罩長17米。由道尼爾公司制造的880千克重的三星發(fā)射支架（SPELTRA，即“阿麗亞娜”三星發(fā)射外部支撐結(jié)構(gòu)，類似于“阿麗亞娜”-4使用的SPEL-DA，即“阿麗亞娜”雙星發(fā)射外部支撐結(jié)構(gòu)）將使上部組合的高度增加5.66米，可用于雙星發(fā)射。

歐空局當(dāng)前主要使用“阿麗亞娜”-5運(yùn)載火箭完成發(fā)射任務(wù)，1996年“阿麗亞娜”-5火箭首次發(fā)射，在16年的歷史上曾出現(xiàn)“阿麗亞娜”-5G、“阿麗亞娜”-5G+、“阿麗亞娜”-5GS等型號，目前使用的型號為“阿麗亞娜”-5ECA和“阿麗亞娜”-5ES，分別主要用于發(fā)射靜止軌道通信衛(wèi)星和ATV貨運(yùn)飛船。憑借早期“阿麗亞娜”-5G系列火箭的成功業(yè)績，“阿麗亞娜”-5火箭延續(xù)了“阿麗亞娜”-4號運(yùn)載火箭在商業(yè)發(fā)射市場上的輝煌，而性能更為優(yōu)秀的“阿麗亞娜”-5 ECA火箭達(dá)到了10噸的同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運(yùn)力，并可通過一箭雙星的發(fā)射方式降低發(fā)射費(fèi)用，進(jìn)一步鞏固了“阿麗亞娜”-5火箭在商業(yè)發(fā)射市場上的優(yōu)勢。

現(xiàn)在，歐洲航天局正在研制“阿麗亞娜”-5ME，并繼續(xù)研發(fā)模塊化、低成本的后繼型號“阿麗亞娜”-6火箭。德國支持發(fā)展“阿麗亞娜”-5ME，將在2017年至2018年執(zhí)行飛行任務(wù)；法國支持發(fā)展“阿麗亞娜”-6，預(yù)計在2020年后開始提供服務(wù)。與“阿麗亞娜”-5相比，“阿麗亞娜”-5ME采用了新的上面級，比目前的“阿麗亞娜”-5ECA型火箭的運(yùn)載能力提高20%，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力11.2噸。“阿麗亞娜”-6的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力并不高，為3~8噸，但可靠性高于“阿麗亞娜”-5系列火箭，成本也比“阿麗亞娜”-5低，并能夠?qū)崿F(xiàn)更高的發(fā)射頻率。

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