更新时间:2024-09-09 10:41
织女星运载火箭是一种不可重复使用火箭,由意大利航天局及欧洲航天局自1998年合作研发,于2008年首次发射,其设计用来发射小型卫星,重量在300公斤到2000公斤之间的科学卫星或地球观测卫星,可将此类卫星送至太阳同步轨道或低地球轨道,它的名称源自织女星(Vega)。 织女星火箭的运载能力可将1500公斤的航天器送至700公里的太阳同步轨道。
织女星(Vega) 运载火箭是欧洲小型的、一次性使用的运载器,也是迄今为止最大的固体动力运载火箭,高30m,最大直径3m,质量137t。它采用三级式固体火箭加末端修正级液体火箭构型: 第一级为P80固体发动机,第二级为Zefiro23发动机,第三级为Zefiro9发动机,末级液体火箭为AVUM发动机(姿态顶级微调舱)。织女星运载火箭能将300 ~ 2500kg的有效载荷送入极地和低地球轨道,2012年2月13日在圭亚那库鲁航天中心成功完成首飞,2013年3月7日完成首次商业飞行,2014年4月29日完成第三次飞行。2022年7月13日,欧洲“织女星-C”运载火箭首次发射升空。
类型
小型卫星运载火箭
火箭所属
欧洲航天局/意大利太空总署
尺寸
高度 30 米
直径 3 米
质量 137,000 公斤
节数 4
发射场
法属圭亚那开云中央发射场ZLV (ELA-1)发射工位
首次发射
2012年2月13日
第一级
发动机 1 台P80固态火箭引擎
推力 3040 千牛
工作时间 107 秒
推进剂类型 固体推进剂
第二级
引擎 1 枚Zefiro 23固态火箭引擎
推力 1200 千牛顿
推进时间 71.6 秒
推进剂类型 固体推进剂
第三级
引擎 1 枚Zefiro 9固态火箭引擎
推力 213 千牛
推进时间 117 秒
推进剂类型 固体推进剂
第四级
引擎 1 台AVUM液体发动机
推力 2.45 千牛顿
工作时间 315.2 秒
推进剂(液体)四氧化二氮/联氨
意大利曾于20世纪60年代为本国研制了全固体的“侦察兵”(SCOUT)运载火箭。直到20世纪90年代中期,由于小型卫星得到了全球的特别关注,尤其是空间科学任务和对地观测任务的增多,需要提供经济可承受的发射系统,于是意大利在“侦察兵”的基础上研发了“织女星”。经过数年的激烈争论,确定了一项金额达1.73亿美元的研制计划,其中意大利的投资额占52%,法国占34%,其他西欧国家占16%。
“织女星”的研制过程如下所述:
1、1995年研制出三级“织女星”固体火箭,一、二子级直径都是1.9m,子级质量均为16t,使用契法罗发动机。整流罩内装有效载荷和三子级(上面级),直径为1.3m,质量为1.7t,可将质量为700kg的有效载荷送入低地球轨道。1997年,意大利艾维欧航空公司与乌克兰南方设计局联合提出2种方案:
方案一:织女星-K0采用四级火箭,一、二子级使用P16和契法罗发动机,三、四子级分别使用乌克兰南方设计局的RD-861和RD-869发动机,三、四子级使用四氧化二氮/偏二甲肼液体推进剂,可将质量为300kg的有效载荷送入700km高的极轨道。
方案二:织女星-K与织女星-K0的不同点是织女星-K一子级使用P85发动机,由阿里安-5火箭助推器改进而来,但比阿里安-5火箭助推器短,可将质量为1600kg的有效载荷送到700km高的极轨道。
2、1998年6月,欧州航天局选取的“织女星”结构是三级固体型方案,一、二子级分别使用织女星-K上使用过的P85和P16发动机,三子级是由法国国家空间研究中心(CNES)研制的质量达7t的固体推进剂级,火箭带有辅助液体推进模块,入轨精度高,可将2000kg的有效载荷发射到700km高的圆轨道。
3、2004年,“织女星”最终采取四级结构方案。一子级选用P80改进型;二、三子级选用织女星-K上使用过的由P16改进的P23和P9发动机;四子级使用液体游标上面级模块,可将1500kg的有效载荷送到700km高的极轨道。
织女星火箭为四级固液混合火箭,一级为P80固态火箭;二级为契法罗23火箭(Zefiro 23);三级为契法罗9火箭(Zefiro 9);四级为采用液体推进剂的AVUM上面级。
P80固态火箭的技术也将用于未来亚利安火箭的设计,意大利为资金主要贡献者,占65%,其他资金贡献比例如下:法国(12.43%)、比利时(5.63%)、西班牙(5%)、荷兰(3.5%)、瑞士(1.34%)、瑞典(0.8%),比利时、法国、意大利及荷兰参与P80固态火箭的研制。
整流罩内包括有效载荷舱和支架,采用传统的2个半罩,用包带连接和分离。整流罩长7.18m,直径2.6m,有效载荷容积为20立方米,质量为470kg,结构采用铝蜂窝夹芯和碳纤维增强复合材料(CFRP)蒙皮,在火箭飞出大气层后被抛掉。其中,有效载荷支架采用阿里安-5标准的937型有效载荷支架。
织女星运载火箭的前三级分别使用不同发动机,发动机需经过两次测试,一次为性能评定,另一次则是构造评定。
契法罗9固体发动机
契法罗9固体发动机是整个织女星运载火箭最早完成的,是第三节的发动机,首次点火测试是在2005年12月20日,地点是Salto di Quirra Inter-force测试场,在地中海沿岸的萨丁尼亚岛(意大利)最南方。测试的结果获得完全的成功。
经过评论第一次点火测试及设计上的小地方,在2007年3月28日,第二次契法罗9火箭引擎点火测试,地点也在Salto di Quirra测试场,在点火后35秒,内部压力突然降低,导致燃烧时间的增长。
契法罗23固体发动机
契法罗23发动机用于火箭二级,首次点火测试在2006年6月26日,地点在Salto di Quirra测试场。这次的测试结果也是成功的。
第二次测试契法罗23火箭引擎在2008年3月27日,地点也在Salto di Quirra测试场。测试结果也是成功的,
P80火箭引擎
P80发动机首次点火测试在2006年11月30日,地点在圭亚那开云,点火测试的结果也是成功的。
第二次P80火箭引擎点火测试在2007年12月4日,地点在圭亚那开云,P80火箭引擎提供190吨重推力,工作时间可达111秒。P80火箭引擎经过两次的测试,已满足发射条件。
“织女星”使用由阿里安-5制导、导航与控制系统派生的惯性测量装置。位于姿态与游标上面级模块舱的惯性测量装置将导航和姿态数据传到计算机,计算机算出实际姿态与设计姿态之间的姿态误差后,向各级推力矢量控制系统发出控制指令。在火箭助推段飞行时,这些指令控制相应级的机电作动器控制设备(EPEV),由各级推力矢量控制装置的2个机电作动器操纵喷管摆动进行俯仰和偏航控制。在三子级和姿态与游标上面级模块的轨道飞行阶段和滚动控制阶段,火箭的姿态控制由姿态与游标上面级模块的6个冷气(氮气)推力器完成。
箭载计算机发出的一系列程序指令(固体发动机点火、级间分离和专用点火指令等)由1个姿态与游标上面级模块多功能装置(MFU)传到相关硬件上。在火箭飞行中,对一、二子级的制导按预先确定的飞行程序进行。三子级和姿态与游标上面级模块飞行时,箭载计算机确定一个最优制导方式,控制火箭到达目标轨道。飞行中,姿态与游标上面级模块箭载计算机能够修正上升飞行中的偏差。
将来升级的织女星运载火箭(LYRA计划),有一个可行性的计划方案,就是将新的第三节及第四节火箭之燃料改为液态氢/液态氧,此种作法可降低成本和建立新的指挥系统。织女星运载火箭的最终目标是升级到可酬载2000公斤的卫星到极地轨道。
2019年7月10日,欧洲阿里安航天集团“织女星”火箭搭载质量约1.2吨的阿联酋“鹰眼一号”军事侦察卫星从法属圭亚那发射场发射,起飞后约2分钟,火箭第二级发动机点火故障,导致火箭偏离预定飞行弹道,最终星箭一起坠毁在大西洋。
2020年11月17日凌晨,欧洲阿丽亚娜航天公司的一枚“织女星”运载火箭在法属圭亚那库鲁航天发射中心发射8分钟过后因不明原因偏离轨道,导致计划通过该火箭运载完成的西班牙观测卫星SEORAT-Ingenio和法国Taranis卫星均不知去向。阿丽亚娜航天公司在当天下午的新闻发布会上表示,在对相关数据进行分析后,初步确定很有可能是第四级火箭喷嘴激活系统集成相关故障导致运载火箭失去控制。阿丽亚娜公司表示,将和欧洲航天局组成调查委员会,对故障原因做进一步调查。
当地时间12月20日22时47分(北京时间21日9时47分),“织女星-C”火箭在位于南美洲的法属圭亚那库鲁航天中心发射升空,飞行两分多钟后火箭出现“严重异常”,偏离预定发射轨道,地面控制人员下令火箭自毁。发射服务商法国阿丽亚娜航天公司说,火箭残骸落入大西洋公海水域。
当地时间2024年9月4日,欧洲“全球环境与安全监测系统”(又称哥白尼计划)框架下的“哨兵-2C”卫星从法属圭亚那库鲁航天中心成功发射,并顺利进入预定轨道,此次发射任务由“织女星”运载火箭完成。