宇航双雄各显神通

美国两大宇航公司洛克希德·马丁公司和波音公司正在为美国空军研制称为渐进一次性运载器（EELV）的一次性运载火箭。这项计划的目的是要研制出可使美国重新称雄世界运载行业的新的运载器家族，以取代目前正在使用的美国运载行业"三套车"--中等运载能力的德尔它和宇宙神以及重型的大力神4火箭。为了创造竞争环境，美国空军采取了让洛马和波音两家各自研制一个系列的双承包商办法。洛马公司的系列称为宇宙神5，而波音公司的系列称为德尔它4。齐头并进的这两项火箭计划都在力争在成本、性能和系统可靠性之间寻求一个最佳平衡点，以满足未来政府和商业卫星发射的要求。

继承与创新

宇宙神5和德尔它4系列火箭都在第一级上采用了通用核心模块式设计，从这一点上说，两者不无相似之处。但洛马公司和波音公司在新一代火箭的设计和研制原则上走的却是两条不同的路。

宇宙神5所用的通用核心模块称为通用核心助推器（CCB）。洛马公司在CCB的设计上选择的是一条风险相对较低的路线，继承了公司两种现役火箭型号的技术，即宇宙神火箭的液氧/煤油推进系统和大力神火箭坚固的结构设计。宇宙神5还将采用由宇宙神-半人马座派生的上面级，并在第一级上使用俄罗斯动力机械科研生产联合体海平面推力为3823千牛的RD-180发动机。该发动机将首先用在今年进行首次发射的宇宙神3火箭上。由此可见，CCB的设计思想似乎更符合"渐进"的提法。

宇宙神5火箭在执行商业发射任务时将使用俄罗斯的RD-180发动机，但按照美国技术转移方面的规定，发射美国国防部卫星的宇宙神5必须使用由美普惠公司生产的RD-180。技术转移问题已经对发动机的制造工作造成了一些麻烦。洛马公司提供给动力机械联合体的设备采购资金就是由于得不到美国国务院的批准而推迟了数月，直到去年9月才被放行。洛马公司预计将在2000年年中从俄方收到用于宇宙神5首次发射的一台RD-180发动机。

德尔它4的通用核心模块称为通用助推器核心（CBC）。与宇宙神5的CCB复杂的历史背景相比，CBC的历史则比较"清白"，原因是德尔它系列中现有的两种型号--德尔它2和德尔它3的第一级难以通过"放大"来满足EELV计划对大运载能力的要求。在这种情况下，项目官员决定新研制一种低温第一级。该级使用由波音公司下属的洛克达因公司专门研制的、海平面推力为2889千牛的RS-68低温氢氧发动机，其研制工作也由此成了德尔它4计划的"重中之重"。液氢密度较小，需要使用较大的贮箱，这是造成德尔它4火箭尺寸较大的一个主要原因。也正是由于火箭尺寸上的原因，波音公司才决定新建一座生产厂，并选择通过水路把CBC运往佛罗里达和加利福尼亚的发射场。

波音公司还希望在德尔它4上改变德尔它2和德尔它3需要使用多台捆绑式固体火箭发动机的局面。德尔它3和绝大多数德尔它2型火箭都要使用多达9台捆绑发动机。这些发动机有的带有推力转向喷管。它们不仅不利于火箭的气动特性，还增加了射前处理时间，并使火箭的总体设计和操作使用更为复杂。

虽然存在着设计和研制思路上的不同，但洛马和波音公司都在缩短火箭组装及处理时间方面采取了一些积极的步骤。

宇宙神5

宇宙神5火箭分400系列、500系列和重型3个型号，其中的重型火箭可把13150公斤的有效载荷送入静地转移轨道。500系列火箭可捆绑0～5台固体助推器。首次发射将在2001年底进行，预计将使用一枚500系列火箭发射一颗商业卫星。

RD-180的大推力特点使洛马公司可以舍弃其部分推力，换得一种"次优化"的第一级设计。这种做法虽然使火箭难以最大限度地减轻重量，但却由于简化了设计而可以加快火箭的生产速度，降低生产成本。发动机性能上的余量使该公司可以适当放宽一级火箭的某些设计容限，减少全箭的部件数量，同时还使公司能采用更多的通用件，不必为求得全箭重量的最低化而对各部件均单独进行设计优化。CCB助推器高32.5米，直径3.8米，空重约为20吨。RD-180安装在一个自成一体的模块内，与助推器只有7个接口界面。

宇宙神5火箭的第一级上只有4类主要部件，大型结构件共有16个，包括4个顶盖和3个筒段（每个筒段有4块板）。RD-180发动机周围的防热罩和在助推器与半人马座上面级之间起连接作用的级间适配器都采用了复合材料结构。

从尺寸上说，宇宙神5火箭将将处在地面运输可以解决的范围内。但洛马公司已决定采用空运方式，即由俄罗斯一家公司利用一架安124运输机把造好的各级火箭运往佛罗里达和加州的发射场。

宇宙神5将在洛马公司设在科罗拉多州利特尔顿的工厂内生产。该厂的厂房在过去40年中曾用于生产大力神运载火箭，是一座老厂，但用于生产宇宙神5的工艺却是全新的。为了实施EELV计划，这里已用自动化设备和工艺对组装作业进行了升级改造，每年可生产大约20枚宇宙神5。洛马公司也曾考虑过新建一座EELV生产设施，但在此前已接手原通用动力公司的宇宙神火箭和半人马座上面级并将总装作业转移到丹佛地区的情况下，最终决定不再建新厂。做出这项决定的原因是，该公司已在丹佛建起了宇宙神和半人马座的生产设施，而且有关设备通过扩展便可以适应宇宙神5生产的需要。另外，丹佛厂内项目人员的经验较为丰富，这也是决定留在老厂址的一个因素。洛马公司虽自己为大力神火箭制造推进剂贮箱组件，但在宇宙神5项目中，将由分包商提供已成形并挖出网格状图案的铝制助推器贮箱的各块侧壁。这些贮箱侧壁成品进厂后将首先进行清洗，然后焊到一起，最后进行X射线探伤检验。

1998年10月，美国空军公布了EELV项目的竞标结果，波音和洛马公司各得5亿美元的研制"补贴"，但双方却并不是皆大欢喜。在同时发包的总共28项发射合同中，一直占据着美国政府大中型卫星发射市场的洛马公司因报价偏高而只得到了9次，重型宇宙神5更是颗粒无收。这一结果给洛马公司敲响了警钟，使其看到了价格在竞争中的重要性。目前该公司仍继续在降低项目费用上下功夫，措施包括提高生产自动化水平、进一步缩短周期和降低各种外购件的采购成本。由其它厂家供货的组件的采购成本占全箭造价的70%。例如，洛马公司正在研究是否可以以成套散件的方式购买瑞士康特拉夫斯公司生产的有效载荷整流罩，然后在美国组装。把一件完工的整流罩运到美国需要花40万美元。

按目前的估计，在美国与俄方合作生产、用于发射美国国防部卫星的RD-180发动机要比由俄方生产的这种发动机贵10%多一点。这主要是因为美方人员工资高、在美国采购的原材料价格高和俄方在RD-170/171发动机的生产中已积累了丰富的经验。RD-170发动机已累积了10万秒的试车时间，其富氧分级燃烧循环已得到了充分验证。RD-180为准备用到宇宙神3火箭上，也已进行了1.6万秒的试车，而且在宇宙神5首次发射前还将再试车5000秒。

今年3月1日又有报道称，美国空军正在对EELV计划进行调整，并已通知洛马公司推迟重型宇宙神5火箭的生产，并不要在范登堡建设重型火箭的发射台。

德尔它4

德尔它4火箭有5个型号，即中型、重型和在中型基础上提出的3个中大型号，其中的重型火箭可把13130公斤的有效载荷送入静地转移轨道，与宇宙神5系列中的重型箭势均力敌。3个中大型火箭代号分别是M+（4，2）、M+（5，2）和M+（5，4），括号中第一个数字表示整流罩直径（4米或5米），第二个数字表示捆绑石墨环氧壳体固体发动机的数量（2台或4台）。按目前的计划，德尔它4的首次发射将在2001年4月进行，携带的将是商业卫星。

如上所述，德尔它4将采用水路运输方式。造好的CBC将先从建在亚拉巴马州迪凯特的制造厂运到田纳西河边，然后滚装到波音公司一艘95米长的浅吃水运输船上。该船一次可以装载3台CBC和一个上面级。运往佛罗里达州卡纳维拉尔港需要一周多一点的时间，而通过巴拿马运河运往加州范登堡空军基地则需要3周多。范登堡气候条件差（尤其是冬季几个月），码头风浪有时很大，因此会影响到卸船作业，进一步增加运输所需的时间。该码头早先是准备用于接收从海上运来的航天飞机大型外贮箱的，但后来美国取消了从范登堡发射航天飞机的计划。

德尔它4在范登堡发射时，将使用6号航天综合发射设施。该设施也是为在这里发射航天飞机而建造的，用于发射德尔它4之前需进行改造。尽管德尔它4的CBC第一级在总体设计上突出了创新性，但仍然沿用了德尔它2和德尔它3火箭的许多制造技术。例如，CBC保留了现役型号在贮箱铝制板材上切出网格状图案的做法，以减轻重量，提高贮箱侧壁的强度。但德尔它4上的网格要大一些，且采用了多轴车削技术，降低了加工难度。另外，德尔它4还使用了现役型号的推进剂贮箱成形、机加和焊接工艺。

波音公司没有选择在推进剂贮箱以及要传递集中推力载荷的部位（如火箭后部）上采用复合材料，但在级间段和CBC的中心体上使用了这种材料。该公司曾考虑采用自动纤维敷设工艺制造复合材料结构，后因费效比的原因而改用手工敷设。液氧和液氢贮箱的顶盖利用一块铝材进行旋压成形。贮箱侧壁各部分沿贮箱长度方向进行摩擦搅拌焊接，然后利用电弧焊同顶盖焊到一起。

迪凯特的制造厂面积约14万平方米，已于1999年底完工，用于组装德尔它4火箭的CBC。到全面投产时，该厂将有员工1000～2000人。厂内各种设备和系统一应俱全，可对推进剂贮箱进行机加、成形、处理和焊接，并能以每年40个CBC的速度对各供货商提供的系统和结构件进行组装。波音公司目前每年能生产约20枚德尔它2和德尔它3火箭。

CBC长38.1米，直径4.9米。它的全部制造工作都将在新落成的厂房内完成。这与目前德尔它火箭的生产流程形成了鲜明对比。德尔它2和德尔它3的推进剂贮箱在加州亨廷顿比奇进行机加，在波音公司设在加州长滩的工厂进行成形，然后运到公司设在加拿大的工厂进行处理，再运回亨廷顿比奇进行焊接，最后运到科罗拉多州的普韦布洛组装。而在迪凯特的工厂内，各种生产活动和由供货商提供的组件都将投入到一条不停地"运动"的生产线中。这条生产线每小时"爬行"1厘米，据称这足以让生产人员产生这样的感觉，即原材料和助推器核心的流动必须同步。

兴建迪凯特制造厂最大的好处是可以大大缩短生产周期。现役德尔它火箭目前的生产周期为25～30个月，而采用迪凯特通用生产线的德尔它4仅需6～7个月左右。德尔它4各型号之间有90%～95%的硬件是通用的。

波音公司之所以选用RS-68新型低温发动机，是因为这种发动机整体性能水平高、设计相对简单和工作条件较为适中。该发动机的研制工作对整个火箭项目的进展影响甚大。在遇到了一些问题后，该发动机液氢泵的涡轮机械部分已进行了重新设计。为了降低研制风险，有关方面还研究了美国航天飞机的低温主发动机（也由洛克达因公司研制）以及土星运载火箭计划中使用的发动机在研制和使用过程中的一些经验教训。航天飞机主发动机每台的推力为1780千牛。

RS-68发动机的部件数量比航天飞机主发动机少95%。发动机的总装将在离斯坦尼斯航天中心试车台约5公里的一座经过改造的设施内进行。装配厂离试验场地较近有助于缩短周期和降低成本。试车后的发动机将用卡车运到迪凯特的制造厂。目前洛克达因公司有5台发动机正在进行试验，已试车约50台次，累计试车时间约1300秒。

德尔它4的第二级目前准备采用普惠公司生产的RL10B-2型发动机，但今年2月21日出版的美国《航空周刊与航天技术》杂志报道说，波音公司正在考虑让该级升级，即改用另一种新型低温发动机，以适应有效载荷重量今后的增长。这种氢氧发动机代号MB-60，由洛克达因公司同日本三菱重工业公司以商业方式于1999年1月开始合作研制。它的推力为267千牛，是三菱和波音准备针对不同市场需求研制的MB-XX系列发动机中的第一种型号。目前该发动机已进入详细设计阶段，定于3月份在日本对推力室装置进行全面试验，预计可在2004年供德尔它4使用。□

推荐访问:各显神通 宇航