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空中发射快速入轨技术--美国用重型战斗机发射卫星的计划

时间:2015年12月02日 信息来源:《国际太空》 点击: 【字体:



2015年2月上旬,美国国防部高级研究计划局(DARPA)公布的视频显示,一架F-15重型战斗机在机腹中心携带一枚小型火箭升空。战斗机加速到空中一定高度后,保持一定速度维持机身近垂直姿态,火箭脱离,然后火箭发动机点火、加速上升,飞向近地轨道。从视频里看这是一种小型二级火箭,第一级的4个外置喷口位于火箭前部,距离火箭头部不足火箭全长的1/3,第一级发动机结束工作后分离,以减轻质量。第二级发动机将把小卫星送入近地轨道。这是美国防部高级研究计划局正在执行的一项研究计划的最新进展。该计划简称为“空中发射辅助太空进入”(ALASA)。


1计划简介


“空中发射辅助太空进入”计划于2011年12月启动,费用1.45亿美元,目的是改变小卫星的入轨方式,即从空中发射卫星,而不是从地面(或海上平台)发射;在接到卫星发射通知后一天内完成发射,而不是数月;整个发射流程高度自动化,而不耗费大量人力。

该项目的第一阶段是完成系统初步设计和演示可行性评估,2012年9月,国防部高级研究计划局选择洛马公司牵头承担,组建了一个项目团队,为期18个月,费用620万美元。

目前该项目进入第二阶段,国防部高级研究计划局选择波音公司作为主承包商,在这一阶段将进行至少12次试射,每次发射45kg甚至质量更小的小型卫星进入低地球轨道,能够在一天内发射入轨并回传信号,每次发射成本100万美元,2015年进行第一次发射。该项计划的最终目标是能够以100万美元的单次发射成本将质量约45kg的卫星送入近地轨道。


2 实际意义


从空中发射轨道器的技术早已经存在并日趋成熟,发射平台涵盖重型战斗机到大型运输机的多型飞机。例如轨道科学公司“飞马座”火箭发射器已经成功完成了40多次空中发射。载机把携带卫星的火箭带入空中,然后点燃火箭,将其送入同温层。不过,美国国防部高级研究计划局的“空中发射辅助太空进入”计划想要改进这些系统,使其不再需要人员参与——发射系统需要完全自主。此外,美国国防部高级研究计划局还指出:“空中发射辅助太空进入”寻求的发射器在准备发射前无需反复维修,也无需特殊集成。

根据对“空中发射辅助太空进入”计划的目标(能够以100万美元的单次发射成本发射约45kg重的卫星)的分析,各国专家认为,这或许将为低成本小型卫星的广泛应用铺平道路,总费用或降低数十倍;同时,该火箭在更换载荷后,亦能执行反卫星任务。“空中发射辅助太空进入”项目让人联想到20世纪80年代美国利用F-15完成的动能反卫星试验,显然,把这种空中发射火箭的载荷由小卫星改为一种拦截器,它就能成为一种快速响应的低成本反卫星武器,这一点也需要引起全世界足够的警惕。下面先回顾一下20世纪80年代美国利用F-15完成的动能反卫星试验情况。

美国于1978年正式批准空军“空中发射微型制天武器”研制计划,并要求80年代中期拿出提供实战使用的制天武器系统。美国空军选择沃特公司为主承包商,开始研制用F-15战斗机在空中发射的ASM-135制天导弹。原计划空中发射导弹进行12次空中发射试验,到1986年已进行了5次。1985年9月,美国空中发射制天导弹在其第3次发射中成功地进行了实际打靶,击毁了一颗废弃的太阳γ射线研究卫星。反卫星试验后不久,美国国会重申禁止试验反卫星系统,这迫使美国空军不得不取消了以后的发展试验与导弹采购,使该项武器采购与装备计划无疾而终。



无独有偶,俄罗斯也有类似的“树冠”项目,而且2013年年底,俄罗斯总统普京批准重启“树冠”项目。“树冠”项目包括打击力量和侦察力量,打击力量由改装的3架米格-31战斗机组成,配备了76M6型“接触”导弹,可用于摧毁敌方卫星。俄罗斯和哈萨克斯坦还利用冷战时期空基反卫星计划的研究成果,联合实施了一项“伊希姆”计划,目的是用米格-31发射运载火箭将小型航天器送到预定轨道,该计划具备摧毁敌方卫星的能力,可以向200~800km高度的轨道发射小于200kg的卫星群。

“空中发射辅助太空进入”项目弃用传统的地基卫星发射方式,转向空中发射,依赖能从跑道起飞、在空中悬停、并以预定轨道发射卫星的喷气式飞机。按照设想,“空中发射辅助太空进入”从跑道起飞后,飞行在7620m高空,这样发射器可以飞越绝大部分大气后开始发射。这种发射方式为空间发射运载器增加了起始速度推力,允许设计者设计更大、更有效的火箭喷嘴。

基于喷气式飞机的卫星发射系统意味着美国军队能够从任何常规机场快速部署卫星,而不需依赖昂贵且易损坏的陆地发射台。既节省了数月的准备时间,又能避免因天气、自然灾害甚至敌人攻击而造成的延迟。空中发射还无需担心发射方位受到地理条件限制,卫星最终定位地点有更大灵活性。

在可能出现的太空战中,为预防目前卫星网络丧失能力或能力下降,还必须进行卫星替换。当美国卫星被别国卫星杀伤武器击落时,美国国防部高级研究计划局希望发射器能在24h内随时随地将新卫星(可能是空军近期采用的一次性廉价小卫星)送入轨道。

美国军队已经表现出了对拥有快速发射卫星入轨能力的兴趣。空军尝试着创造灵活的轨道间谍,包括X-37B轨道试验飞行器,目前X-37B正进行第4次试验飞行。X-37B有望使美国空军能够不受固定发射台地理条件限制地把新卫星或卫星备份送入任何轨道。


3思考与总结


……


上文选自《国际太空》,详情请查阅该期刊。


 

(作者:唐耀)
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