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美国土星5号运载火箭浅析
2019-10-04 22:08:38


导读:土星5号运载火箭(英文:Saturn V),译农神五号,亦称为月球火箭,是美国国家航空航天局(NASA)在阿波罗计划和天空实验室计划两项太空计划中运用的多级可抛式液体燃料火箭。

一、

土星运载火箭简介

土星5号运载火箭是土星运载火箭系列的一个类型。土星运载火箭是在红石导弹(Redstone)和丘辟特导弹(Jupiter)的根底上开端研讨的,包含土星1号、土星1B号和土星5号三个类型,由马歇尔太空飞翔中心总指挥沃纳•冯•布劳恩与他的火箭团队规划研发。

起先,马歇尔太空飞翔中心为履行不同的航天任务而规划了不同的几种火箭,其间C-1火箭是土星1号运载火箭的原型,C-2、C-3和C-4火箭都停止于规划阶段。直到1961年下半年,C-5火箭的构型得到承认。1963年,NASA承认挑选C-5火箭作为阿波罗计划的运载火箭,一起给了这枚火箭一个新的姓名——土星5号。

图表 1 C-1火箭(土星1号)初度发射

土星1号是两级火箭,仅用于实验,即运用已有的技能验证S-IV上面级技能、飞航操控技能和仪器仪表技能,并用来发射10吨级的大型载荷(如首射于1965年的飞马座气象卫星),以及进行阿波罗模型的验证飞翔。土星1号火箭共制作10枚,分为2组。榜首组4枚,仅实验榜首级,上面加配重;第二组6枚,实验榜首、二级。从1961年10月至1965年7月共进行10次飞翔实验,均成功。其间第六、七次实验了阿波罗号飞船的样件,终究三次用于发射人造地球卫星。

1961年10月土星1号首飞,仅实验榜首级,但带着了第二级与第三级的模仿载荷。第二级模仿载荷模仿的是S-IV,第三级模仿的是S-V。其间,S-IV的改型S-IVB成为土星1B号的芯二级,并终究成为土星5号的第三级,带着阿波罗飞船完结圆化轨迹以及奔向月球的方针。

土星1B号也是两级火箭,是土星1号火箭的晋级版。从1966年2月至1975年10月共进行9次成功发射。其间前五次搭载阿波罗飞船,第六到八次搭载天空实验室空间站。

土星5号为三级火箭,S-IC级为芯一级,S-II级为芯二级,S-IVB级为芯三级,承包商别离为波音公司、北美航空公司以及道格拉斯飞翔器公司。

二、

土星运载火箭发起机

图表 3 土星运载火箭发起机选型

材料来历:《Directory of U.S. Military Rockets and Missiles》

1、H-1发起机

土星1号和土星1B号的榜首级均选用8台H-1发起机。H-1是一种液氧/火油火箭发起机,源自于纳瓦霍导弹,能发生20万磅力(约90吨)推力。后来发起机推力添加到20.5万磅力(约93吨)。

图表 4 H-1火箭发起机

材料来历:Wikimedia Commons

2、RL10发起机

土星1号第二级选用6台RL10发起机。RL10发起机是美国研发的榜首种液氢燃料火箭发起机,其改善版被用于多种运载器。该发起机榜初度地上试车是在1959年,制品的榜初度飞翔是在1963年11月。RL10发起机展开出了很多的类型,包含RL10A-1、RL10A-3、RL10A-3A、RL10A-4、RL10A-4-1、RL10A-4-2、RL10A-5、RL10A-5KA、RL10B-2、RL10C等;现在运用较为广泛的类型是RL10B-2,用于德尔塔3型和德尔塔4型火箭的第二级。

图表 5 RL10火箭发起机(从左到右别离为RL10A-1、RL10A-4、RL10B-2、RL10B-2)

图片来历:火箭发起机概论

在NASA于2005年宣告的猎户座宇宙飞船计划中,月球着陆舱(LSAM)选用四台RL10为下降段供应主动力,这能为NASA在登月项目上节省很多资金。别的,通用可扩展低温发起机(CECE)正是依据RL10发起机规划制作的。

图表 6 首台通用可扩展低温发起机(CECE)样机

3、F-1发起机

与土星1号和土星1B号不同的是,土星5号榜首级抛弃了H-1发起机,而是选用了推力更大的F-1发起机。

F-1发起机研发进程

F-1发起机(以下简称F-1)是在美国航宇局和马歇尔太空飞翔中心领导下于1958-1967年由洛克达因公司研发和出产的。发起机在1967到1973年执役。F-1最早的研发时刻能够再上溯到1955年美国空军提出的445吨推力发起机计划。经过两年的技能攻关,参加计划的工程师们完结了各种技能细节的研讨,做出了包含一台全尺度的推力室在内的一些测验部件。1959年3月,原型机开端正式焚烧测验,成功到达了445吨的推力要求。

图表 7 洛克达因公司与F-1发起机

1959年1月,NASA与洛克达因公司签订了F-1的规划和研发合同,随即开端了F-1的研发。1959年头,做出运用InconelX管制成再生冷却推力室的决议(InconelX系列的合金后来还用到了X-15验证机、SpaceX的火箭、F1方程式赛车、特斯拉的ModelS等产品上面)。

为了将管制固紧在一起,美国修建了最大的燃气钎焊炉,并成功研发了钎焊法,榜首台焚烧室于1961年8月17日钎焊成功。其他首要工程均于计划开端后三个月内打开。1959年2月,开端制作爱德华基地,制作三个试车台和地上设备。

1960年3月,全尺度燃气发生器制作完结,同年11月,涡轮泵制作并拼装完结。1961年4月,装置了以上两个部件的体系初度短程试车成功,峰值推力到达729.5吨。1961年7月整台F-1于100万磅(453吨)推力下初度经过短程热试车。

1961年11月,F-1涡轮泵初度以全功率(6万马力)作业时刻进行了实验。6个月后,F-1以150万磅(680吨)全推力在大约2.5分钟飞翔时刻下进行了试车。在不到2个月后,NASA宣告同意洛克达因公司出产55台F-1的合同,并继续进行研讨直到1966年。

1964年12月16日,F-1完结了飞翔额外实验。NASA宣告预备并联实验和飞翔实验。这些实验仅在一个月内就完结了,而一般需二到三个月才干完结。F-1组合件实验于1966年头夏完结。终究的判定实验于1966年9月完结。发起机初度飞翔是在1967年11月9日进行的。

F-1发起机结构与功能

图表 8 燃气发生器循环方法

F-1发起机以燃气发生器循环为根底,在燃气发生器内焚烧一小部分燃料,发生燃气以驱动涡轮泵将燃料和氧化剂泵入主燃室,燃料和氧化剂混兼并焚烧发生推力。发起机顶部是一个半球形小室,小室之下是喷射器,用来混合燃料和氧化剂。

一部分燃料进入喷射器,另一部分燃料经过178根管道直接通入推力室。回旋扭转的管道形成了推力室的上半部分,管道里边流过的低温燃料能够起到给推力室降温的效果,一起又充沛预热了燃料本身。

燃料和液氧由不同的泵泵入,但泵由同一个涡轮驱动。涡轮转速为5500RPM,可发生55000制动马力(41MW)。在此功率下,每分钟可泵入58564升火油和93920升液氧。涡轮泵能够敷衍严格的温度环境:煤气的温度高达816℃,而液氧的温度低至-184℃。一些燃料火油被用作涡轮的润滑剂和冷却剂。

推力室下方是喷嘴的延伸,大致延伸到发起机的一半长度方位。延伸部分将发起机的胀大比从10:1进步到16:1。涡轮机排出的低温气体经过锥形歧管进入延伸部分,维护喷嘴在高温(3200℃)下不受损坏。

跟着任务的展开,土星5号火箭的负荷逐步增大,每次任务对发起机的功能要求略有差异。

洛克达因公司在F-1根底上开发出了新款的F-1A发起机。F-1A比F-1更轻,且推力更大(到达927吨),可是跟着土星5号出产线的停产,F-1A发起机从未运用过。从上世纪70年代开端,不断有各种关于运用F-1来开发新式火箭的定见,但都未能成行。F-1一向坚持着最强单焚烧室液体火箭发起机的方位。

4、J-2发美国土星5号运载火箭浅析起机

图表 11 J-2火箭发起机

J-2发起机概略

J-2发起机由洛克达因公司制作,发起机开端的规划能够追溯到1959年Silverstein委员会的主张。洛克达因公司在1960年6月获得了研发J-2发起机的答应,初度飞翔在1966年2月26日进行。

J-2发起机以低温液氢(LH2)和液氧(LOX)为推进剂,是美国在RS-25发起机之前曾出产的最大的液氢燃料火箭发起机,每台发起机在真空中能发生105吨的推力。J-2真空比冲为421秒,海平面比冲为200秒,质量约为1788kg。除了土星5号,曾有在其他大型火箭的上面级上运用多台J-2发起机的提议,例如Nova火箭。

J-2发起机作业原理如下:少数氧和氢进入燃气发生器并焚烧,发生的燃气顺次推进氢涡轮泵和氧涡轮泵,终究将燃气注入喷管作为气膜冷却。液氢由氢泵加压后,先悉数用于冷却喷管,然后大部分进入焚烧室作为燃料,小部分进入燃气发生器。液氧由氧泵加压后大部分直接进入焚烧室,小部分进入燃气发生器。J-2只有主泵,没有预压泵。

J-2发起机用于土星5号的S-IVB级时,能在关机之后再次焚烧。榜初度焚烧继续约2分钟,将阿波罗飞船送入一个近地停靠轨迹。在乘员承认飞船作业一切正常之后,J-2发起机从头焚烧,将航天器组合体加快送上奔月轨迹。

J-2发起机在它的前史中进行了数次较小的改善,以进步发起机的功能。此外还有2次大型晋级计划,包含选用拉伐尔喷管的J-2S和选用塞式喷管的J-2T,但两者在阿波罗计划完毕后都被撤销了。

J-2S

图表 12 J-2S发起机

1964年,洛克达因公司为了改善J-2的功能而研发了这个实验版别,最首要的改动是将燃气发生器循环换成抽气循环,即经过焚烧室上的管道供应热气体,而不是经过独立的焚烧器。这些改动除了要移除发起机上部分结构,还降低了发起机发动的难度并妥善地协调了各焚烧室的联系。

其他的改动还包含节省体系、可变的燃料混合体系。还有一个新的“闲暇方法”,它供应很少的推力,可用于在轨机动,或在再次焚烧之前安稳燃料箱。

实验中,洛克达因公司出产了六台样机,命名为J-2S。从1965到1972年,这些样机一共试车30858秒。1972年,美国当局决议不再出产土星5号,该发起机的研发也告一段落。而NASA考虑将J-2S用于其他用处,在很多航天飞机计划中,其间就有用五台J-2S来驱动的计划。

J-2T

J-2T是给J-2S加装一个新的塞式喷管,这会明显进步发起机的功能。实验用的两台发起机,J-2T-200k到达了20万磅力(90吨)的推力,J-2T-250k到达了25万磅力(113吨)。J-2T的研发作业也跟着阿波罗计划的中止而中止。

J-2X

J-2X是J-2的一个新版别,它曾被计划用于现已撤销的星座计划和奥赖恩载人飞船。原先的计划是运用两台J-2X来驱动地球动身级(EDS),每台J-2X将供应29.4万磅力(133吨)。J-2X将比J-2功率更高且更简略,但比航天飞机发起机成本低。J-2X的研讨作业继续到2013年,现在已暂停。

图表 13 J-2X发起机概念图

三、

星5号火箭一级(S-IC级)

图表 14 土星5号火箭一级

土星5号榜首级(S-IC级)的两个箭体试制件由马歇尔太空飞翔中心制作,并别离在阿波罗4号和阿波罗6号中得到验证。1961年12月,波音公司拿到了S-IC级的出产合同,S-IC推进器在坐落路易斯安那州新奥尔良的波音公司密乔装配厂中制作。这家工厂也担任制作航天飞机外部燃料箱。

S-IC级推进器的高度达42米,直径10米(不包含尾翼),毛重131吨,装满燃料后分量将近2300吨。五个F-1发起机排成十字型,中心的发起机方位固定,周围的四个发起机能够经过液压转向以操控火箭。

在飞翔中,中心的发起机要比周围的发起机早封闭26秒,以约束加快度。在发射中,S-IC推进器将作业168秒钟(升空7秒前焚烧),随后发起机封闭。此刻火箭的高度大约是68千米,而火箭大约飞翔了93千米,速度到达2390米/秒。

在发射时,5台F-1火箭发起机发生3405吨的推力,这么大的推力需求巩固的承力结构。S-IC级有着整个火箭上最大的零件:5台主发起机的承力支架主梁,重21吨。

S-IC级的结构规划反映了F-1发起机、推进剂、操控、仪器和衔接体系的要求,结构的首要材料为铝合金。首要包含:前裙、氧化剂箱、箱间段、燃料箱和推力结构。

图表15 土星5号S-IC级结构

材料来历:《SATURN V FLIGHT MANUAL》

前裙

前裙衔接氧化剂箱与S-II级,包含前掉落插头衔接板美国土星5号运载火箭浅析、电气和电子仪器盒、液氧箱和级间段的排气体系。前裙的外蒙皮用7075-T6铝合金制成,并用隔框和桁条进行了加强。

氧化剂箱

氧化剂箱的容量约136万升,箱壁由经机械铣成的T形剖面全体加筋加强,加筋上衔接环形隔板。箱底上装置的十字形板用来防晃和消旋。贮箱为一个2219-T87铝合金的圆筒,上、下有两个半椭球形的箱底。氧化剂箱蒙皮厚度不等,后段厚0.25英寸,前段厚0.19英寸,分八段逐步变薄。

箱间段

箱间段结构用来坚持液氧箱和燃料箱之间的接连性,内部有与箱间掉落插头衔接的液氧加注和分泌接头。蒙皮壁板和环框悉数用7075-T6铝合金制成。

燃料箱

燃料箱容量约817649升,上、下有两个半椭球形的箱底,贮箱内壁上装置防晃板,箱底有十字形消旋板。由液氧箱引出的五条输送管穿过燃料箱,通到F-1发起机。箱底内部粘一层轻质泡沫填料,作为燃料吸除器,使贮箱中残留的无用燃料减到最少。贮箱蒙皮用2219-T87铝合金制成,后段厚0.193英寸,前段厚0.17英寸,分四段逐步变薄。

推力结构

推力结构是发起机及其附件、底部热防护板、发起机整流罩和尾翼、推进剂管路、反推火箭以及环境操控管路的支撑结构,把五台发起机的会集载荷涣散成均匀载荷。推力结构的外蒙皮由7075-T6铝合金制成。

坐落S-IC级底部发起机摇摆平面前部的热防护板,在飞翔时对发起机的要害组件和底部结构进行热防护。热防护板是一种蜂窝结构壁板,由15-7PH不锈钢箔制成的蜂窝芯板和厚0.254毫米的面板钎焊而成。每台外围F-1发起机外部都用锥形整流罩维护着,以避免气动加载。整流罩内部有反推火箭和发起机作动器的支架。

四、

星5号火箭二级(S-II级)

图表 16 土星5号火箭二级

土星5号第二级(S-II级)由北美航空公司(北美航空公司作为洛克维尔世界的一部分于1996年被波音公司收买)制作。S-II级运用液氢和液氧作为燃料,共有5个J-2火箭发起机。S-II级发起机的摆放也呈十字形,外部的发起机能够供应操控才能。

S-II级有24.8米高,直径与S-IC级相同,都是10米。S-II的毛重大约36吨,加满燃料后重达490吨。S-II级两个低温储箱(液氢储箱和液氧储箱)之间只用了一层板子相隔,这个隔板中心选用了苯酚蜂窝夹层结构,两边用铝箔掩盖,需求接受两个燃料箱之间70℃的温度差。

S-II级能够在大气层外为土星5号供应大约36吨的推力。这级火箭的箭体首要用7075系的铝合金制成。

S-II级结构由壳体(包含前裙、后裙和级间段)、推进剂箱(包含液氢箱和液氧箱)和推力结构组成。壳体结构传递榜首、第二级的助推载荷(轴向载荷、剪切和弯矩)以及相邻级、推进剂箱和推力结构之间的壳体曲折和纵向力。

推进剂箱内装液氢和液氧推进剂,也是前裙和后裙之间的结构支撑。推力结构把五台J-2发起机的推力传给壳体结构,接受发起机推力发生的紧缩载荷和接受发起机不作业时发起机分量发生的拉伸载荷以及S-II级助推时发起机分量发生的悬臂载荷。

图表 17 土星5号S-II级结构

材料来历:《SATURN V FLIGHT MANUAL》

壳体结构

壳体结构部件的结构方法相同,其间后裙和级间段因受力较大,故为较重型结构(前裙蒙皮厚度为0.04英寸,后裙和级间段为0.071英寸)。每段均为半硬壳式简壳,由7075号铝合金制成,外部用帽形截面桁条加强,内部用隔框添加安稳性。

推力结构

推力结构也是半硬壳式结构,但其形状为截锥形,锥的下底直径为18英尺,上底直径33英尺。推力结构相同用隔框和帽形截面的桁条加强。四对推力纵梁(在每台外围发起机处有两条)和一个中心发起机十字形支撑梁接受和涣散J-2发起机的推力载荷。推力结构用7075铝合金制成,结构下部装置有玻璃纤维蜂窝夹层热防护板。推力结构还用来装置S-II级带着的大部分体系组件。

推进剂箱结构

液氢箱由圆筒形箱壁和上、下两个椭球形箱底组成,箱壁由六个短筒组成,各段用纵向和环向加强件加强。箱壁和箱底均由2014铝合金材料制成,并用熔焊办法焊接在一起。

贮箱共底(液氢箱的下底也是液氧箱的上底)为一种粘接的蜂窝夹层结构,这种结构可有助于坚持液氢和液氧的低温特性。夹层结构的面板用2014铝合金板制成,为椭球形壳;中心的蜂窝夹芯用玻璃纤维/酚醛材料制成,夹芯的厚度不等,顶端厚约5英寸,周边厚0.008英寸。

液氧箱由上、下两个半椭形底组成,箱底由瓜瓣形板拼成,内外表铣成网格形。贮箱内部装置的三块环形防晃板按捺液氧晃动和液面扰动;贮箱下底液氧出口处装置了十字形消漩板,以消除液氧箱出口处发生的漩涡和使贮箱中推进剂剩余量最少。

体系地道管

半圆形的体系地道管装置在S-II级外部,从后裙部通到前裙段,内装有电缆、增压管路和贮箱推进剂散失用的火工品。S-IC级与仪器舱衔接的电缆也经过这条地道管。

五、

土星5号火箭三级(S-IVB级)

图表 18 土星1B号芯二级(即土星5号火箭三级)

土星5号第三级(S-IVB级)由道格拉斯飞翔器公司(于1967年与麦克唐纳公司兼并,1997年一起并入波音公司)制作。除了级间的调整结构和重发动的才能,这一级简直和土星1B号第二级完全一致。S-IVB级高18米,直径6.6米,毛重11吨,加满燃料后重114吨。它运用了一个J-2火箭发起机,在两个燃料柜间也运用了同享箱壁。

S-IVB级在任务进程中会运用两次,在S-II级封闭后焚烧作业2.5分钟,在月球搬运轨迹射入阶段焚烧大约6分钟。两个加满液体燃料的辅佐推进设备装在S-IVB级尾部,用来在待机轨迹和月球搬运阶段操控火箭的高度。

S-IVB级的根本结构组成:前裙、推进剂箱、后裙、推力结构和后级间段。除推进剂箱外,其他部分全为蒙皮桁条铝合金结构。

图表19土星5号S-IVB级结构

材料来历:《SATURN V FLIGHT MANUAL》

前裙段

前裙为液氢箱和仪器舱之间的支撑结构,由仪器舱上的检修门(拜见仪器舱相片)能够查看前裙中的设备。前裙内有五块环境调理板,用来支撑各种电子组件,并对它们进行热调理。前裙外面装置了前掉落插头衔接板、天线、液氢箱排气口和遂道管整流罩等。

推进剂箱

推进剂箱是一个圆筒状容器,两头有半球形底。中心的共底为半球形蜂窝夹层结构,夹层结构的上、下两个半球形面板由2014-T6铝合金制成,玻璃纤维/酚醛材料制成的蜂窝夹芯粘接在两块面板中心,液氢箱的内外表铣成网格形,网格形的内壁粘有聚氨酯泡沫瓦,瓦上用涂了密封胶的玻璃纤美国土星5号运载火箭浅析维布掩盖。

贮箱的箱壁接受前裙对接面前部的一切载荷,并把发起机的推力传给有效载荷。液氢箱内部有一个34英尺长的接连电容传感器、9个冷氦气瓶、温度和液位传感器、预冷泵、防晃板、防晃致偏器,以及加注、增压与排气管等。液氧箱内部有防晃板、预冷泵、13.5英尺长的接连电容传感器、温度和液位传感器,以及加注、增压与排气管等。

推力结构

推力结构是一个武佳瑜倒置的截锥壳,衔接液氧箱后底与发起机支座。它为发起机供应衔接点,并把发起机的推力均匀地传给整个贮箱的周边。推力结构外部装置发起机的导管、电缆和对接板、氦气瓶、液压体系、氧/氢焚烧器,以及某些发起机和液氧箱的仪器。

后裙部

圆筒形的后裙是液氢箱与后级间段中心的承力结构。一个易断的张紧衔接件在S-II级别离时断开,使后裙与级间段别离。

后级间段

后级间段是一个截锥形壳体,是S-IVB级与S-II级之间的承力结构,也是S-II级和S-IVB级之间所需求的电气和机械衔接的会合处。S-II级的反推火箭装置在级间段上,别离时级间段仍与S-II级衔接。

六、

土星5号仪器舱

图表 20 土星5号仪器舱

仪器舱由IBM制作,是装在土星5号S-IVB级顶部的一个圆筒形结构。它的内壁散布着土星5号火箭的弹道计算机、姿势安稳体系等要害部件,是整枚火箭的大脑。

仪器舱的根本结构是一个由铝合金蜂窝夹层材料制成的短圆筒,这是由三块长度持平的蜂窝夹层板拼成的,前后端框由揉捏成的特制铝型材制成,型材粘接到蜂窝夹层上。之所以用此种结构,是因为它具有较高的强度分量比、杰出的隔音和热传导特性。仪器舱的三块弧形板别离是检修壁板(Fin-A)、飞翔操控计算机壁板(Fin-B)和惯性导航渠道壁板(Fin-C)。

在上图中,左下方有一个检修门,这邻近便是Fin-A。检修门周围有个黑色的管子,这管子和上面的整个环形的管路是连在一起的,是用来操控土星5号大脑温度的环境操控管路。黑色管子下面藏着一个2.7升的小气瓶,内有高纯氨气。黑色管子右侧的圆柱形罐子是储水箱。水箱左边的赤色盒子是D-30电池体系。

水箱右侧是弹载计算机和弹载数据记录仪。图片正下方(记录仪右侧)的盒子里是操控指令分配器和遥测遥控指令译码器。这个盒子右边的那些盒子是遥测天线对应的电子器件盒,包含VHF遥测天线、c波段天线、PCMCCS天线等。

图片右侧的那个大球便是寄存氨气的当地,供气压力为703吨/平方米。大球周围是ST-124-M3惯性导航陀螺仪。

图片右上方的大方盒子为土星5号火箭的ST-124-M3惯性导航陀螺安稳渠道的操控电路。渠道周围是加快度计信号调理器和专门供应导航体系用的56伏电源。别的的电源体系还有28伏直流电源,供小负载的电气体系运用,还有5伏直流电源供传感器运用。

图表21 土星5号仪器舱设备方位示意图

材料来历:《SATURN V FLIGHT MANUAL》

七、

星5号运载火箭运用状况

图表 22 1967年-1973年间发射的一切土星5号运载火箭

从1967至1973年,NASA共发射13枚土星5号火箭,未呈现丢失有效载荷的事端。其间12枚土星5号都包含三级:S-IC级、S-II级和S-IVB级。

土星5号火箭的首要载荷是载着航天员成功登月的阿波罗飞船。终究一次土星5号的发射将天空实验室的空间站送入太空。跟着美国阿波罗计划的完毕,土星5号也完结了它的任务,完美谢幕。

八、

土星5号之后美国重型运载火箭的展开


土星5号榜首级运用的F-1发起机胜在约680吨的大推力,但发起机比冲并不高,前苏联的RD-17O发起机、NK-15发起机比冲都高于F-1发起机。上世纪60年代,美国开端考虑晋级土星5号火箭。洛克达因公司在J-2发起机的根底上开端研发HG-3发起机,HG-3真空比冲451秒,该项研讨尽管功败垂成但成为后来RS-25/SSME(航天飞机主发起机)发起机的根底。

图表 25 SSME发起机

1969年,NASA开端了航天飞机的研发竞标,航天飞机代表了人类寻求廉价进入太空的尽力。尽管在预算压力下运用了SSME发起机和固体助推器,但航天飞机后来的展开没能完成预期的廉价化方针。跟着美国航天的展开,研讨新的重型火箭的想象不时被提出,它们多数是依据航天飞机技能的重型火箭(SDLV),例如上世纪80年代开端连续呈现的Shuttle-C、Magnum、国家发射体系(NLS)等重型火箭计划。

90年代的月球前哨站(Outpost)提案中,还呈现了彗星(Comet)重型火箭计划,彗星火箭绑缚4个依据F-1A发起机的液体助推器,芯级自NLS重型火箭展开而来,运用高功能的STME(航天运送主发起机)发起机,近地轨迹运力打破200吨。

90年代美国运载火箭的开打开端着重“更快更好更廉价”,几个重型火箭的计划未能成行。可是一些火箭发起机的思路得到了承继,德尔塔4火箭的RS-68液氧液氢发起机,能够看作是从SSME到STME后进一步简化的产品。RS-68的规划思维和J-2发起机暗合,它运用更简略的燃气发生器循环方法,尽管发起机比冲不高,可是推力添加到了300多吨。

图表 26 RS-68液氧液氢发起机

2005年美国曾提出重返月球的星座计划,其间心火箭是战神5号。该火箭是航天飞机发起机技能的连续,一起也有土星5号火箭的遗产。计划中的战神5号运用推力进一步添加的RS-68B发起机作为芯一级动力,绑缚固体助推器,芯二级运用J-2X氢氧发起机。战神5号和土星5号都在起飞级运用大推力发起机,而上面级使月高比冲发起机。跟着星座计划的撤销,战神5号的研发也随即停止。

2009年奥巴马上台后提出了“2025年完成载人登陆小行星,2030年代载人前往火星并安全回来”的远期探究方针,并授权NASA展开新一轮的重型火箭选型证明。2011年9月,NASA正式发布了新一代重型运载火箭——太空发射体系(Space Launch System,简称SLS)的开始计划和研发计划。

SLS是绑缚两台助推器的两级液氢/液氧运载火箭,选用了航天飞机衍生型计划,很多承继了航天飞机和“土星”-5火箭的技能和部件,包含航天飞机外贮箱、航天飞机主发起机RS-25D,航天飞机固体绑缚助推器、“土星”-5火箭第二级发起机技能等。

就全体而言,太空发射体系与土星五号十分附近,声称史上最强运载火箭体系。依据已发布的构型计划,NASA为该火箭规划了三种构型,别离为近地轨迹运载才能70吨构型、105吨构型和130吨构型。其间70吨构型归于载人型火箭,105吨和130吨构型别离包含载人和货运两种类型。


SLS三种构型及特色