歐洲的“阿麗亞娜”-5

“阿麗亞娜”-5是繼“阿麗亞娜”-4之后歐空局推出的一種大型運載火箭。研制這種火箭的設想可以追溯到1979年，當時主要是想研制一種能把10噸重的“使神”號載人航天飛機送入200千米高的低地軌道的運載火箭，具體方案是使用“阿麗亞娜”-4的L210第一級捆綁“阿麗亞娜”-3的固體助推器（當時“阿麗亞娜”-4的液體助推器還沒研制），上面使用裝45噸推進劑的低溫級，再上面裝“使神”號航天飛機或在用于向靜地軌道發射時裝H10第三級。此后火箭方案幾經變動。

歐洲阿里安-5型運載火箭

1985年1月，歐空局批準了該火箭研制的預備性計劃；1987年11月在歐空局部長級會議上“阿麗亞娜”-5研制計劃正式得到批準。

“阿麗亞娜”-5研制計劃的最初目標是：可用于向靜地轉移軌道進行單星或多星發射，單星發射運載能力為6.8噸，雙星運載能力為5.9噸；可把22噸重的“使神”號航天飛機送入100千米×463千米、傾角28.5度的轉移軌道；提供4.57米直徑的圓筒形典型有效載荷空間，以與美國航天飛機兼容；達到0.98的總可靠性指標；在發射“使神”號航天飛機時滿足0.999的安全性要求；實現成本方面的目標，即在每年發射8次、其中4次是靜地轉移軌道發射的前提下，在向靜地轉移軌道發射雙星時成本要比使用“阿麗亞娜”-4低10%以上（相當于單位重量發射成本降低45%）。1993年歐空局決定取消“使神”號航天飛機計劃，但對“阿麗亞娜”-5火箭的可靠性要求并沒有降低，要求達到0.985，即每發射70次才可以有一次失敗。

“阿麗亞娜”-5火箭的研制費用由歐空局的14個成員國分擔，出資較多的法國、德國和意大利分別負擔46.2%、22%和15%。該項目的經費最初定為72億美元，加上20%的不可預見費用，實際上包括可行性論證工作在內總投資達86.8億美元。歐空局有一條原則，即出資國的出資最終將以補償合同的形式返還給出資國，因此“阿麗亞娜”-5火箭各組件的研制與生產工作都承包給了歐洲廠家。

火箭的總承包商是法國國家空間研究中心，法國宇航公司同過去一樣仍作為該火箭項目的總體承包商（歐空局稱之為“工業設計師”），負責總體、低溫主級和固體助推器。其它主要分包商還有德國奔馳宇航公司（負責上面級）、歐洲動力裝置制造公司（負責低溫主級與上面級的推進裝置）、歐洲推進公司（歐洲動力裝置制造公司與意大利BPD防御與空間公司的合資公司，負責固體助推器的推進部分）、賴古勒斯公司（歐洲動力裝置制造公司與法國國家火炸藥公司的合資公司，負責固體推進劑）、馬特拉·馬可尼航天公司（負責設備艙）、道尼爾公司（奔馳宇航的子公司，負責三星支架）和厄利孔-康特拉夫斯公司（負責整流罩）等。

“阿麗亞娜”-5火箭在結構上分為下部組合和上部組合兩大部分。下部組合與所執行的發射任務無關，由低溫主級和兩臺大型固體助推器組成。上部組合在最初設計時分為載人和不載人兩種情況：不載人時它由上面級（用于向低地軌道、太陽同步軌道和靜地轉移軌道發射）、設備艙、整流罩、多星發射支架和有效載荷適配器組成；載人發射時它就是裝在適配器上的“使神”號航天飛機。“使神”號計劃取消后只剩下頭一種情況，但要根據有效載荷的情況選配整流罩和多星支架。

“阿麗亞娜”-5可以把重6.8噸的單一有效載荷送入傾角5~12度的靜地轉移軌道，雙星和三星發射時這一能力分別為5.9噸和5.5噸。它還能把10噸重的衛星送入800千米、傾角98.6度的太陽同步軌道，把18噸重的貨物送入550千米、28.5度的圓形低地軌道，70千米×300千米、傾角28.5度軌道的運載能力為22.6噸。

“阿麗亞娜”-5的固體助推器代號P230或EAP（固體助推器級），共有兩臺，捆綁在芯級兩側。每臺助推器都可裝帶降落傘回收裝置，用于從海上回收，以對發動機、助推器殼體、殘留推進劑和設備的工作情況進行檢查，積累更多的發動機工作數據。目前計劃每年回收兩套助推器。回收系統所用的降落傘由俄一專業研究所生產。回收裝置裝在助推器前裙體內，可根據需要快速拆裝，重量不到助推器本身重量的0.6%。從經濟性方面考慮，目前還沒有重復使用固體助推器的打算。

固體助推器全長31.16米（其中發動機長26. 774米），主體直徑3.049米，分三大段澆注，采用丁羚推進劑。每臺助推器總重為268噸，其中裝藥重量237.1噸（后、中、前段各為106.5噸，I07.6噸和23.0噸），噴管6.1噸，內部絕熱層4.9噸，殼體19.7噸，點火裝10.3噸。藥型除前段在周向開15個矩形槽外，其余均為圓柱形內孔燃燒，由下而上略呈錐形。 發動機的燃燒時間為129.4秒，起飛時的海平面推力為5250千牛（真空推力6000千牛），真空比沖2658牛·秒/千克，總沖在610兆牛以上。出口直徑2.826米的噴管可利用分開90度安裝的兩個液壓作動器實現6度的偏轉（最大7度）。噴喉采用碳-碳燒蝕材料，直徑0.9米。

“阿麗亞娜”-5的第一級代號H155或EPC（低溫推進級），又稱低溫主級，使用一臺燃氣發生器循環的火神低溫氫氧發動機，該級長30.7米，直徑5.4米，起飛時重量為167.5噸。第二級級代號L9.7或EPS（可貯推進級），采用開式循環的擠壓式可貯推進劑艾斯塔斯發動機，該級長3.3米，直徑3.9米，推進劑為6.5噸四氧化二氮和3.2噸單甲基肼，分裝在四個直徑1.41米的貯箱內。艾斯塔斯發動機真空推力27. 5千牛，真空比沖3097牛·秒/千克，燃燒時間（3次工作）總計為1100秒。發動機可擺動6度，以進行俯仰和偏航控制。

“阿麗亞娜”-5的設備艙位于第二級發動機的外圍。與“阿麗亞娜”-4的設備艙不同，它帶有姿控系統，用于第一和第二級工作期間的滾動控制和工作結束后的三軸控制。

厄利孔一康特拉夫斯公司生產的整流罩直徑5.4米，有長型和短型兩種，可接納直徑4.57米的有效載荷。短型罩長12.7米，重2.3噸，長型罩長17米。由道尼爾公司制造的880千克重的三星發射支架（SPELTRA，即“阿麗亞娜”三星發射外部支撐結構，類似于“阿麗亞娜”-4使用的SPEL-DA，即“阿麗亞娜”雙星發射外部支撐結構）將使上部組合的高度增加5.66米，可用于雙星發射。

歐空局當前主要使用“阿麗亞娜”-5運載火箭完成發射任務，1996年“阿麗亞娜”-5火箭首次發射，在16年的歷史上曾出現“阿麗亞娜”-5G、“阿麗亞娜”-5G+、“阿麗亞娜”-5GS等型號，目前使用的型號為“阿麗亞娜”-5ECA和“阿麗亞娜”-5ES，分別主要用于發射靜止軌道通信衛星和ATV貨運飛船。憑借早期“阿麗亞娜”-5G系列火箭的成功業績，“阿麗亞娜”-5火箭延續了“阿麗亞娜”-4號運載火箭在商業發射市場上的輝煌，而性能更為優秀的“阿麗亞娜”-5 ECA火箭達到了10噸的同步轉移軌道（GTO）運力，并可通過一箭雙星的發射方式降低發射費用，進一步鞏固了“阿麗亞娜”-5火箭在商業發射市場上的優勢。

現在，歐洲航天局正在研制“阿麗亞娜”-5ME，并繼續研發模塊化、低成本的后繼型號“阿麗亞娜”-6火箭。德國支持發展“阿麗亞娜”-5ME，將在2017年至2018年執行飛行任務；法國支持發展“阿麗亞娜”-6，預計在2020年后開始提供服務。與“阿麗亞娜”-5相比，“阿麗亞娜”-5ME采用了新的上面級，比目前的“阿麗亞娜”-5ECA型火箭的運載能力提高20%，地球同步轉移軌道運載能力11.2噸。“阿麗亞娜”-6的地球同步轉移軌道運載能力并不高，為3~8噸，但可靠性高于“阿麗亞娜”-5系列火箭，成本也比“阿麗亞娜”-5低，并能夠實現更高的發射頻率。

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