航天历史丨欧洲最强火箭——阿丽亚娜5

小禹宇鱼

北京时间7月6日6时，在法属圭亚那群岛基地，阿丽亚娜5型火箭成功发射两颗卫星，将Syracuse 4B与Heinrich Hertz卫星送至地球同步转移轨道。

这是阿丽亚娜5型火箭第117次发射，也是最后一次发射，标志着欧洲最强火箭正式成为历史！

概况





阿丽亚娜5运载火箭是欧洲开发的大型运载火箭，用于将人造卫星等有效载荷发射到地球同步转移轨道（GTO）或低地球轨道（LEO）。阿丽亚娜5运载火箭由欧洲航天局及法国国家太空研究中心出资建造，空中客车集团为主要承包商与建造者，同时也集成下游承包商。阿丽亚娜航天公司负责经营及销售阿丽亚娜火箭。航天器公司则在欧洲建造火箭及在圭亚那航天中心发射火箭。



阿丽亚娜4号运载火箭虽然十分成功，但其研发耗费了十年时间和70亿元资金，使阿丽亚娜太空公司无法直接从中获利。阿丽亚娜5型火箭从第一次发射成功后即进行改良，由其派生的型号有G、G+、GS、ECA及ES。自2019年开始，ESA成为唯一在用型号，也是阿丽亚娜5运力最强的型号。

构造





阿丽亚娜5运载火箭的低温主发动机为H158主发动机，被称为冷冻技术主发动机。在发动机上方是一个长30.5米的燃料箱，内部分成两个部分，分别装有130吨液氧及25吨液氢，而火神发动机基本上只能产生142吨推力，无法独力将重达189吨的一级送上太空，所以需要固体助推器的协助才能完成任务。



位于芯级燃料箱两侧的两枚固体助推器EAP-P238，填装燃料后每枚重约277吨，可提供约722吨的推力，固体助推器能像航天飞机的固体助推器回收并重复使用，不同的是阿丽亚娜5运载火箭的固体助推器回收只用于发射后分析而不重复使用，回收分析的固体助推器会被拖回圭亚那航天中心做进一步分析与研究。



二级位于一级之上、有效载荷舱之下，阿丽亚娜五号G型运载火箭二级使用的燃料为联氨及四氧化二氮；然而ECA型二级使用的燃料则是液氢及液氧，有效载荷舱及二级皆被整流罩包覆，达到100公里以上的高空就会就会分离。

阿丽亚娜五号ECA型运载火箭能将有效载荷多枚总重9100公斤的卫星或是一枚9600公斤的卫星至地球同步转移轨道，这个改良型使用新的火神2型发动机为一级发动机，二级则使用HM-7B发动机。在ECA型号中，燃料箱改良后将整体长度缩短，而火神发动机经过改进后变得更为修长，使得推进剂的使用效率提升许多。除此之外，固体助推器EAP部分也改用较轻的焊接金属，因此可以装入更多的燃料。

重要发射记录





1996年6月4日，阿丽亚娜-5运载火箭首次测试发射，火箭在发射后37秒被迫自行引爆，肇因于64位的运算错误地变为16位的运算，造成程序崩溃后处理器发生算术溢出，将感测角度的垂直读值错误的代入到水平值做运算，导致火箭在高速下进行90度水平滚转而崩解，触发自毁设备的启动。总结来说是控制火箭飞行的软件故障而非无法运算。



经过了一年多的改善，于1997年10月30日进行第二次测试飞行，结果为部分失败，主要是火神发动机的喷管导致翻转问题，使一级主发动机提早关机，未达预定工作时间，虽然二级正常运作，但仍无法达到预定轨道。

直到1998年10月21日，阿丽亚娜-5运载火箭终于成功，并于1999年12月10日进行第一次商用飞行，有效载荷卫星为XMM-牛顿卫星。

另一次部分失败则发生于2001年7月12日，由于火箭上面级工作异常，两枚有效载荷卫星进入了错误的轨道，只达到地球同步轨道高度的一半。欧洲航天局的月神通信卫星借由实验用的离子推力器离才于2003年1月31日到达预定轨道；然而，日本广播卫星系统公司的BSAT-2b广播卫星，则因姿态控制发动机燃料不足，最终无法入轨而报废。

上述失败发生后，直到2002年3月1日才发射了重达8100公斤的欧洲环境卫星到达800公里的轨道，此次为第十一次发射，也是在2008年3月9日将9000公斤重的自动货运飞船送上太空前最重的有效载荷。



阿丽亚娜5号ECA型运载火箭的第一次发射在2002年12月11日，因助推器发生问题导致无法转向而失败，在发射三分钟后自行引爆，价值约6.3亿欧元的两枚有效载荷卫星Stentor及火鸟7卫星也随之消失在大海中。经过调查之后，这次事故祸首是冷却管破裂使发动机温度过高，此次事故后，阿丽亚娜太空公司延后了罗塞塔号的发射计划。

在2003年9月27日最后一次阿丽亚娜5号G型运载火箭有效载荷三枚卫星，其中包括第一个欧洲月球探测器－SMART-1。在2004年7月18日，阿丽亚娜五号G+型运载火箭有效载荷为当时最重的Anik F2卫星，送至地球同步转移轨道，重量约6000公斤。

阿丽亚娜5号ECA型运载火箭直到2005年2月12日才首次发射成功，有效载荷卫星有XTAR-EUR军事通信卫星、'SLOSHSAT'小型科学卫星及MaqSat B2模拟有效载荷，原先预定于2004年10月发射，因额外的测试及军方要求而延迟后预定发射时间。



于2005年8月11日，阿丽亚娜5号GS型运载火箭，其特色为固体助推器由ECA型的助推器改良，有效载荷了当时最重的Thaicom-4/iPStar-1卫星送至地球同步转移轨道，卫星重达6505公斤。

2005年11月16日，第三次阿丽亚娜5号ECA型运载火箭第三次发射也获得第二次成功，有效载荷多卫星包括DirecTV的Spaceway-F2卫星及印度尼西亚PT Telekomunikasi公司的Telkom-2卫星，此次为最重的多卫星有效载荷，总重超过8000公斤。

2006年5月27日，阿丽亚娜5号ECA型运载火箭又再度创下新商业的有效载荷纪录，达8.2吨，含两枚卫星，包括Thaicom 5卫星及Satmex 6卫星。



2007年5月4日，阿丽亚娜5号ECA型运载火箭更进一步创下新的商业有效载荷纪录，有效载荷的两枚卫星Astra 1L卫星及Galaxy 17通信卫星总重8.6吨，再包括其他有效载荷，共重9.4吨。这个纪录在2007年11月11日又被打破，有效载荷卫星Skynet 5B卫星及Star One C1卫星共重9535公斤。

2008年3月9日，阿丽亚娜五号ES-ATV型运载火箭第一次发射自动货运飞船至国际空间站，名称为儒勒‧凡尔纳号。

2009年7月1日，阿丽亚娜5号ECA型运载火箭发射重达6910公斤的TerreStar-1卫星，也是史上最大的单一商用通信卫星。

2011年4月22日，阿丽亚娜5号ECA型运载火箭将Yahsat 1A、Intelsat New Dawn两颗卫星送入地球同步转移轨道，重量达10164公斤；不久后的2012年8月2日，又将纪录推升至10182公斤，不过这个纪录很快的在6个月后被增加到10317公斤。

阿丽亚娜5号发射过的著名载荷有：罗塞塔号彗星探测器、ATV自动货运飞船、赫歇尔太空望远镜、普朗克空间望远镜、詹姆斯·韦伯太空望远镜等。
参考文献：[1]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%9E%E5%88%A9%E5%AE%895%E8%99%9F%E9%81%8B%E8%BC%89%E7%81%AB%E7%AE%AD

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