全球十大顶尖运载火箭
一、长征二号F运载火箭(中国)
概述:长征二号F运载火箭(CZ-2F或LM-2F)是由中国运载火箭技术研究院研制,它是在长征二号捆绑运载火箭的基础上,按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性,确保安全性为目标研制的运载火箭。长征二号F火箭自1992年开始研制,1999年11月19日首次发射并成功将中国第一艘实验飞船"神舟一号"飞船送入太空。由于多次成功发射神舟系列飞船并被央视直播报道其发射过程,已成为中国长征系列运载火箭家族中的"明星"火箭。截至2019年4月24日,长征二号F运载火箭正在进行正(试)样产品组批生产。
值得一提的是,神舟十二号飞船于2021年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射,是空间站关键技术验证阶段第四次飞行任务,也是空间站阶段首次载人飞行任务。
特点:火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔(发射空间站则不包含)组成,全长达58.34米,是目前我国所有运载火箭中长度最长的火箭,安全系数达0.97。
长征二号F运载火箭由箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、推进剂利用系统、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统和附加系统及地面设备系统共10个系统组成。
助推器、芯级第一级、芯级第二级、整流罩、逃逸塔等箭体结构组成了火箭的"身体"。助推发动机、一级发动机、二级发动机是火箭的"动力和心脏"。控制系统是火箭的"大脑和神经"。为了更加充分有效地利用火箭装载的燃料,火箭上还设计了推进剂利用系统,能够保证二级火箭的氧化剂和燃烧剂同时燃烧完毕。
——为了保障航天员的安全,保证即使在突发的意外情况下航天员依然能够顺利得到解救,脱离危险的故障火箭,长征二号F运载火箭设置了故障检测处理系统,用于参数检测、判断,在发现火箭出现重大故障时发出逃逸指令,并按逃逸模式执行逃逸指令。火箭的逃逸系统是故障检测处理系统的执行机构,处于火箭最前端的尖状物就是逃逸塔。
——为了测量火箭的弹道,接收地面逃逸指令和安全控制指令,火箭设置了自己的安全系统。为了了解火箭飞行过程中的工作情况,火箭上还设置了遥测系统,它能够测量、记录和发送火箭在飞行中的所有工作参数和环境参数,为故障检测处理系统提供检测参数,同时为地面故障判断实时提供遥测参数,这两个系统都需要同地面的测量设备协同工作,地面测控站和远在太平洋的"远望号"测量船则需要接收火箭传回的信号,并给火箭发出相应的控制指令。
长征二号F火箭上增加了自动故障检测处理系统,这套系统可以在飞船待发射阶段和上升阶段自动进行故障检测,一旦有问题它会自动报警。假如航天员正在塔架上尚未进舱,他们可以就近跳进塔架上的逃逸布袋,布袋是用一种弹力很强的特殊帆布做的,航天员跳进去后用四肢的阻力来控制下降的速度,像乘软滑梯一样从上面一直滑到地下室的安全地区。假如航天员已经进舱,这套系统可以指挥火箭顶部的逃逸塔自动点火,把飞船返回舱拽离火箭,安全降落。
——为保证航天员的安全,长征二号F火箭还取消了其他火箭一旦姿态不稳便自动自毁的功能,配备了逃逸系统,一旦出现意外,它可以随时启动。逃逸塔在飞船的顶部,塔高8米,从远处看像是火箭上的避雷针。它的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后120秒时间段内,也就是飞行高度在0公里至40公里时,万一火箭发生故障,它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离,并降落在安全地带,帮助飞船上的航天员脱离险境。逃逸塔分离后到抛整流罩前(40~110公里)出现故障由整流罩上的高空分离发动机逃逸,抛整流罩到飞船入轨前(110~200公里)出现故障飞船可以直接和二级火箭分离,紧急返回。
在以往的飞行中,火箭的关机、分离等动作,地面控制中心都是靠相应的遥测参数来获知的,但是,这些参数具有间接性,不直观。第六枚长征二号F运载火箭在遥测系统中首次设置了图像测量系统,用于监视助推器分离、级间分离、整流罩分离、船箭分离的过程,使地面控制中心人员能够直接"观看"到分离过程。
与遥测参数相比,图像信息需要占用更宽的数据频带,原来分配给遥测系统的数据传输速度也不够,需要从总体上调整遥测参数,为图像信息数据调整出所需要的频带。同时增加图像压缩处理器,尽量压缩图像信息的数据量。
另外,需要上天飞行的CCD摄像装置、图像压缩处理器、图像综合控制器等一系列设备还要经历严酷的火箭飞行环境的考验,包括高过载、振动、高温、真空等。因此,这些设备的设计标准和历经的试验都需要通过高标准的考核。
评价: 长征二号F型火箭可靠性指标达到0.97,航天员安全性指标达到0.997,意味着1000次故障所采取的救助措施只允许有3次不成功。无疑成为中国航天史上技术最复杂、可靠性和安全性指标最高的运载火箭。火箭能够安全可靠地将飞船送入预定轨道,同时,在飞出大气层之前,若出现重大故障,能按救生要求使航天员安全脱离故障危险区。长征二号F型火箭已经成功地将4艘神舟号无人飞船和神舟五号、神舟六号、神舟七号载人飞船、天宫一号目标飞行器、神舟八号、神舟九号,神舟十号、天宫二号空间实验室、神舟十一号载人飞船、可重复使用试验航天器送入太空预定轨道,发射成功率达到100%,可以说取得十全十美的战绩。
二、质子-M运载火箭(俄罗斯)
概述:质子-M运载火箭(俄语:Протон-М,或称为质子-M/和风-M),是俄罗斯质子号运载火箭家族中的最新型号。质子号从20世纪60年代中期以来一直是苏联/俄罗斯发射大型航天器的主要运载工具。尤其在冷战结束后,由于能源号运载火箭被弃用,质子号事实上成为俄运载能力最强的火箭。
2013年7月2日,俄罗斯运载三颗"格洛纳斯-M"导航卫星的质子-M运载火箭在发射升空后一分钟内坠落并爆炸,事故原因是关键的角速度传感器被颠倒安装。2013年9月30日,载有欧洲通信卫星"阿斯特拉-2E"的俄罗斯"质子-M"运载火箭从拜科努尔航天发射场(4个发射台,81号和200号发射阵地各2个)成功发射。2014年5月16日凌晨,俄罗斯携带"快车-AM4R"卫星的"质子-M"号运载火箭从拜科努尔航天发射场发射升空,其第三级发动机出现故障,最终导致"质子-M"号运载火箭在大气层中爆炸。
特点:前苏联解体后,俄罗斯将“质子号”火箭投入国际市场,最终结果十分受客户青睐。1996年4月,“质子号”运载火箭将欧洲的“阿斯特拉1F”卫星发射入轨,完成了第一次商业发射。到2010年1月20日为止,“质子号”已经执行了108次商业发射任务。“质子”运载火箭是苏联研制的一个大型运载火箭系列,包含多种型号。质子号从20世纪60年代中期以来一直是苏联/俄罗斯发射大型航天器的主要运载工具。
俄罗斯质子-M号运载火箭是“质子”重型火箭的改型火箭。“质子-M”号火箭曾经将美国最新一代通讯卫星DIRECTV10送入轨道。DIRECTV10多用途商业卫星用于通过电缆和全国网络向美国本土、阿拉斯加和夏威夷群岛转播高清晰度数字电视。
尤其在冷战结束后,由于能源号火箭被弃用,质子号实际成为俄运载能力最强的火箭。但质子号使用剧毒的可贮存液体燃料,一旦发射失败可能对发射场周边地区造成严重污染,因此,俄罗斯已决定用新研制的安加拉号(使用液氧/煤油作为推进剂)来取代它。
评价:质子-M与之前的质子号火箭相比作了许多改进。它使用了更先进的和风-M上面级,这种新上面级在1999年首次进行了飞行,当时前三级使用的是原有的质子-K箭体;这样组成的火箭被称为“质子-K/和风-M”或“质子-KM”。质子-KM可能只是代用品,因为不久就对火箭的前几级进行了改进,使用了与以前完全不同的箭体结构(可能主要是减轻了前三级的质量)。总共只有70%的技术是从以前的质子号中继承的。换用新箭体的火箭在2001年首次发射,将一颗银幕-M通信卫星送入轨道。这种火箭是于2008年俄罗斯从事国际商业发射服务的主力。 2007年俄罗斯又发展出了“质子-M增强型”火箭。
三、联盟号运载火箭(俄罗斯)
概述:联盟号运载火箭(又译为联合号运载火箭,简称Soyuz,欧美简称A-2),是前苏联/俄罗斯研制的多用途运载火箭,起源于R-7洲际弹道导弹和“东方号”火箭,有二级型和三级型两种(不算上面级)。联盟号火箭自1967年就作为发射所有联盟号宇宙飞船的火箭而家喻户晓,目前主要任务是为国际空间站运送人员和货物,同时还进行由俄罗斯和欧洲联合组建的Starsem公司的商业发射。主要发射场地为哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场和俄罗斯的普列谢茨克航天发射场,从2008年起联盟号U也在法属圭亚那太空中心发射。