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国产先进上面级将助力新一代大型运载火箭

国产先进上面级将助力新一代大型运载火箭

在珠海展出的国产先进上面级

国产先进上面级将助力新一代大型运载火箭

资料图:苏俄研制的性能优秀的“和风M”上面级

国产先进上面级将助力新一代大型运载火箭

资料图:搭配宇宙神V火箭的半人马座上面级,也是当今世界上优秀的型号之一

腾讯军事讯 2012年的第九届珠海航展上中国航天科技集团运载火箭研究院再一次展出了先进上面级的模型和展板, 为我们提供了先进上面级的最新信息。先进上面级是中国运载火箭研究院根据我国未来航天运输工具发展的需求,按照“通用化、组合化和系列化”的设计思想,根据无毒无污染和安全可靠的要求,正在研制的上面级系列。

上面级是指火箭第一级以上的部分,可以是第二级、第三级或是第四级,主要用于执行卫星入轨的任务。我国研制中的先进上面级将以一个基础平台为基础,配置模块化的推进剂储箱和相应的动力系统,并安装不同的有效载荷接口适应发射不同载荷的需求,还将与不同的运载火箭配合使用,是一种性能强大、任务通用性好、用途广泛的上面级系列。我国的先进上面级将具备多次启动变轨的轨道机动能力和7~10天甚至更长时间在轨工作的能力,根据两次珠海航展展出的先进上面级模型看,先进上面级使用的是常温可存储推进剂,而推进剂可能会根据任务和客户需求,使用无毒的过氧化氢加煤油推进剂组合,或是传统的肼类加四氧化二氮推进剂组合。

先进上面级要解决上面级高精度姿控和复杂振动环境等问题,但它的技术难点主要是上面级的超长时间滑行和多次启动能力。与我国现有的上面级相比,先进上面级的尺寸质量较大,而且先进上面级要适应尺寸质量不同的单一载荷或数量不等的多星发射,载荷的灵活和复杂化也使上面级的动力学特征更为复杂,对先进上面级与载荷的振动环境方面提出了更高的要求。我国现有的上面级无论使用低温的液氧液氢推进剂,还是常温的肼类加四氧化二氮推进剂,最长工作时间仅有一千多秒,而且只有二次启动能力。由于上面级发动机工作时间短,运载火箭发射静止轨道通信卫星时,都是将卫星打入近地点200多公里左右、远地点35800公里的同步转移轨道,然后由卫星自行变轨到静止轨道,卫星携带大量的推进剂用于变轨还在其次,对卫星大型太阳翼和天线展开技术要求较高。冷战期间美苏两国都研制了先进上面级,美国以RL-10氢氧发动机为核心,通过上面级数个小时的长时间滑行和发动机的3次点火可将卫星直接送入静止轨道,苏联则以常温的肼类推进剂发动机为核心,研制出了Fregat、Block DM和Breeze系列上面级,用于从高纬度的发射场发射高轨道卫星、星际探测器和商用的静止轨道通信卫星。近些年来欧洲和日本也同样开展了低温先进上面级的研制工作。

先进上面级已经成为运载火箭技术发展的潮流,随着我国北斗卫星导航系统发展的要求,以及新一代通信卫星的研制,我国研制一种具备长时间滑行和多次启动能力的先进上面级,是提高我国航天技术水平,确保我国航天大国地位的必然选择。虽然低温氢氧推进剂比冲很高,但需要解决长时间滑行过程中氢氧推进剂的蒸发问题,而我国缺乏相关技术积累。我国先进上面级使用常温推进剂,还可用于将深空探测器的、直接送入环月轨道和环火轨道,这是目前任何一种低温推进剂先进上面级所无能为力的。

根据本届珠海航展上运载火箭研究院的介绍,我国正在研制的先进上面级主要与我国新一代长征系列运载火箭配合使用,和长征五号E型火箭组合,完成一箭多星发射、直接将卫星送入静止轨道(GEO)和中轨道(MEO)、环月或是环火星轨道,其中GEO轨道运力4.85吨,环月轨道运力4.01吨,环火轨道运力1吨。先进上面级也可弥补长征五号B型火箭飞行时间较短,无法利用重力辅助变轨的不足,配合长征五号B型火箭增强发射500公里以上高度的地球低轨道或是太阳同步轨道卫星的运力。通过多次轨道机动,先进上面级的还可完成多星异轨道部署的任务,充分发挥运载火箭和上面级的效能,大大提高了运载火箭的任务灵活性。从更早的报道看,先进上面级很可能还将作为长征三号乙火箭的第四级,使用一箭双星甚至一箭四星方式发射北斗系统的直接入轨中轨道卫星。(松鼠)

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