三、美国运载火箭
三、美国运载火箭
1．）“雷神”系列火箭
世界上许多运载火箭是由导弹改装而成的，美国的“雷神”运载火箭是早期比较典型的例子。美国1955年12月开始研制“雷神”地中程导弹，3年后即投入批量生产，1959年10月装备部队。1963年4月退役后，即被改作运载火箭第一级，再加上各种型号的第二级，组成不同用途的“雷神”航天运载火箭。
“雷神”导弹长19．8米，直径2．44米，弹头重量1．8吨，采用一台LR－70主发动机和两台游动发动机，推力为667千牛，起飞质量49．9吨，射程为2400至3200千米。利用这种导弹作基础，下部捆绑固体助推器，顶部串接不同的上面级，先后研制出20多个型号，形成一个比较完整的运载火箭系列。其中主要的有6种类型。
“雷神—阿金纳”型系两级运载火箭。第一级为“雷神”火箭或再在底部捆绑3个“卡斯托尔”固体助推器；第二级为“阿金纳”A（B、D）火箭。后期使用的“雷神—阿金纳”D火箭，进入500千米高空轨道的有效载荷为1吨，起飞质量为100吨。火箭本身长30米，直径2．4米，采用无线电惯性制导系统。这种火箭主要用于发射发现者号卫星。1959年至1972年间，共发射184次，其中164成功。
“雷神—牵牛星”型系两级运载火箭。第二级安装一台“牵牛星”固体火箭发动机，其中“牵牛星”3A发动机质量为301千克，推进剂重275千克，长0．51米，真空推力27千牛，工作时间28秒。火箭本身长25米，直径2．4米，采用惯性制导系统。1965年到1966年，发射6颗小型军用卫星，其中5次获得成功。
“雷神一博纳”型系两级运载火箭。第二级采用博纳2火箭，箭长25米，直径2．4米，发射质量50吨，能够将500千克的有效载荷送上800千米的高空轨道。1966年至1988年间，发射小型军用卫星25次，多数成功。
“雷神一德尔塔”型系三级运载火箭。第二级为“德尔塔”火箭，发射质量6．13吨，长5．9米，直径1．4米，推进剂用硝酸和偏二四甲肼；第三级安装一台固体火箭发动机。“雷神一德尓塔”火箭全长35．4米，直径2．4米，发射质量为193．5吨，采用无线电惯性制导系统，同步转移轨道的运载能力为950千克。它主要用于发射科学卫星，后期主要用来发射静止轨道卫星。1960年至1983年，发射170多次，约150次成功。它先后发射过探险者号卫星、先驱者号探测器等。其中，1961年7月10日，用它发射的卫星1号，实现了横跨大西洋的首次电视转播；1963年7月26日，发射世界上第一颗地球同步轨道通信卫星“辛康2号”成功。
“雷神一艾布尔”型系三级运载火箭。第二级采用艾布尔液体火箭，长4．5米，直径1．4米，重3．8吨，发动机真空推力36千牛，工作时间300秒；第三级安装一台固体火箭发动机，推力13千牛，工作时间40秒。火箭全长25米，直径2．4米，发射质量50吨，采用无线电惯性制导系统，能将100千克的有效载荷送入500千米的高空轨道。1958年至1960年间，发射7次，4次成功。1960年4月1日，发射成功世界上第一颗气象卫星泰罗斯1号。它还用来发射过第一批“探险者”号卫星和第一代“先驱者”号探测器。
这种以“雷神”中远程导弹改装的系列运载火箭，在航天技术发展初期显示了很大的优越性，在发射小型军用卫星中立下赫赫战功。
2．）“宇宙神”系列火箭
“宇宙神”是美国第一种液体洲际弹道导弹。它有A、B、C、D、E、F共6种类型。其中前3种为试验型，D为训练型，后2种为作战型。1955年1月开始设计研制，1957年6月11日首次飞行试验，因发动机出现故障而失败。从1957年到1962年进行了87次研制飞行试验，29次训练发射试验，1959年9月定型装备部队。
“宇宙神”导弹是一级半结构，弹长25．146米，直径3．05米，射程1．8万千米，起飞质量约120吨，装有一台巡航发动机和两台起飞发动机，采用液氧和煤油作推进剂，总推力176吨。作战用的E、F采用惯性制导系统。
1965年后，“宇宙神”洲际导弹被改装用作运载火箭，并与不同的上面级组成“宇宙神”系列运载火箭。
“宇宙神—斯科尔”火箭，实际上是在“宇宙神”导弹的仪器舱内安装两台接收机、两台发射机、无线电信标机、记忆设备和水银电池。1958年12月19日发射升空，进入近地点190千米、远地点1480千米的轨道。它绕地飞行34天后离开轨道坠毁。
“宇宙神—艾比科”火箭，是一种三级火箭。第一级为“宇宙神”D，第二级为“艾比科”火箭，第三级为固体火箭。采用无线电惯性制导系统。1959年到1960年间发射3次，均未成功。
“宇宙神—阿金纳”D火箭，重129吨，最大有效载荷3．4吨，曾用来发射过米“达斯号”、“萨莫斯”号侦察卫星和“水手”号、“徘徊者”号探测器。
“宇宙神—半人马座”号火箭，重139吨，最大有效载荷4．1吨，曾用来发射过“勘测者”号月球探测器。自1962年5月以来，共发射69次。
“宇宙神”各型配上半人马座上面级后，低轨道运载能力为6吨至6．8吨，同步转移轨道的运载能力为2．9吨至3．8吨。
“宇宙神—半人马座”火箭发射国际通信卫星4A号的典型飞行过程是：第一级点火到2分19秒，达到高度80千米时，起飞发动机熄火；4分7秒，达到385千米高度，主发动机熄火，宇宙神级分离；4分19秒，达到425千米高度，“半人马座”发动机第一次点火；4分31秒，有效载荷整流罩分离；10分21秒，“半人马座”级发动机关机，这时高度为2275千米；24分53秒，“半人马座”级发动机第二次点火，高度达8605千米，速度达每秒7．3千米；26分18秒，“半人马座”级发动机熄火，高度达9245千米；28分33秒，有效载荷分离，进入预定轨道。
“宇宙神”运火箭曾用来发射了世界上第一颗通信卫星、美国第一艘“水星”号载人飞船，以及最早的月球探测器和各种行星际探测器。截至1993年底，“宇宙神”火箭已发射259次，其中成功224次，成功率为86．5%。2000年前，已安排62次发射，大部分是执行发射军用卫星和商用卫星的任务。
3．）“德尔塔”系列火箭
1960年8月12日，美国第一枚“德尔塔”DM－19火箭首次成功发射一颗62千克重的回声号气球卫星。这种火箭长23米，最大直径2．44米，起飞质量52吨，起飞推力63吨。截至1992年3月，“德尔塔”火箭发射208次，其中失败12次，具有较高的成功率。
“德尔塔”基本型是三级火箭。第一级为改进型的“雷神”中远程弹道导弹，采用MB型液体火箭发动机，推进剂为酒精和液氧，推力为667－765千牛。第二级采用一台AL－10－118型液体火箭发动机，推进剂是偏二甲肼和硝酸，真空推力为33千牛。第三级采用X－248型固体火箭发动机，真空推力为25千牛。经过30多年的发展，共研制了15种型号，早期的“德尔塔”火箭在结构、性能、载荷能力方面都有很大变化。1960年至1963年，就有三次改型，最大有效载荷由45千克提高到82千克。1964年以后，第一级增大了推力，起飞推力由765千牛增加到1842千牛。
“德尔塔”2914型火箭的飞行过程是：第一级发动机和6个助推器点火，起飞99秒上升到6公里高度，其余3个固体助推器点火；1分27秒，在23公里高度上所有9个助推器分离；3分48秒，第一级发动机熄火，然后分离；4分1秒，在102公里高空第二级发动机第一次点火；8分58秒，第二级发动机关机；22分46秒，达到177千米高度，第二级发动机第二次点火；21分53秒，第二级发动机关机；22分43秒，第三级开始起旋稳定，第二级分离；23分26秒，第三级发动机点火，这时高度为185千米；24分10秒，第三级发动机熄火，关机时的高度为190千米，速度为每秒10千米；25分23秒，有效载荷分离，进入228千米高的轨道运行。
“德尔塔”火箭常用的有两种类型：第一种Ⅰ型包括3914型和4925型；第二种Ⅱ型包括6925型和7925型。
“德尔塔”3914型，1975年12月13日首次发射。火箭长35．15米，起飞质量187吨，最大有效载荷865千克，推力2332千牛。第一级采用RS－27液体火箭发动机，周围捆绑3－9个固体助推器；第二级采用TR201液体火箭发动机，真空推力为43千牛；第三级采用一台TE364－4固体火箭发动机，真空推力为67千牛。
“德尔塔”4925型，火箭长35．38米，直径2．44米。第一级采用MB－3型液体火箭发动机，推进剂为液氧和煤油；第二级采用AJ－10－118液体火箭发动机，推进剂为偏二甲肼和四氧化二氮；第三级采用星－48固体火箭发动机。1989年8月27日成功地发射了英国“马可波罗1”号直播电视卫星。
“德尔塔”6925型，火箭长38．4米，整流罩直径2．89米。1989年2月14日首次发射成功。火箭第一级捆绑9个TX－780固体助推器，每个助推器的推力432千牛；第二级采用JA－10－118K液体火箭发动机，推进剂为混肼50和四氧化二氮，真空推力为42．9千牛；第三级采用星－48固体火箭发动机，真空推力为67千牛。它可将1．5吨的有效载荷送入地球静止转移轨道。
“德尔塔”7925型，火箭长38．4米。1990年11月26日首次发射成功。火箭第一级主发动机采用RS－27A液体火箭发动机，推进剂是煤油和液氧，并采用GEM固体助推器，每个助推器提供推力539千牛。第二三级发动机与6952型的相同。这种运载火箭可将1．8吨的有效载荷送上地球静止转移轨道。
目前正在研制更大的“德尔塔”Ⅲ型火箭，其第一级与Ⅱ型相同，第二级将改用RL－10发动机，具有再次启动的功能，“德尔塔”Ⅲ型火箭可将3吨的有效载荷发射到地球静止转移轨道。
4．）“大力神”系列火箭
美国利用“大力神”1和“大力神”2两级液体洲际导弹，加一级捆绑大型固体助推器先后改装研制成几种“大力神”运载火箭。
“大力神”1型导弹于1953年列入研制计划，1955年签订研制合同，1959年2月6日首次飞行试验成功。1962年4月18日装备部队，服役3年后，1965年全部退役。这种导弹长30米，直径3米，发射质量100吨，有效载荷重3．4吨，射程11700千米。
“大力神”2型导弹于1960年开始研制，1962年3月16日首次飞行试验成功，1963年12月起装备部队，1979年但任战斗值班，1984年开始退役。这种导弹长31．7米直径3米，发射质量150吨，有效载荷重量3．4吨，射程13400公里。
1962年，美国曾用“大力神”导弹改装在“大力神”2型运载火箭，执行双子星座载人飞行计划。1965年3月23日，“大力神”2型火箭进行首次载人飞船发射成功。从1964年至1966年11月，共进行12次发射，其中10次是载人飞行。
在“大力神”两种洲际导弹的基础上，专门研制成功“大力神”3型系列运载火箭，从“大力神”3A到3E共5种。“大力神”3基本型系二级液体火箭，长45．75米，起飞质量681吨，近地轨道有效载荷14．3吨，地球同步转移轨道有效载荷4．3吨。
“大力神”3A和“大力神”3B均为三级火箭，采用无线电制导，捆绑大型固体助推器，并采用过渡级作为第三级，用以发射同步轨道卫星。这两种型号的发射质量为150～180吨，有效载荷分别为3．6吨和4．5吨。“大力神”3C、“大力神”3D和大力神3E都装有两个固体燃料辅助发射加速器，发射质量约为630吨，有效载荷达15吨。从1965年至1982年3月，“大力神”3C完成36次飞行任务；从1971年6月到1982年11月，“大力神”3D共完成22次秘密军用发射任务；“大力神”3E采用惯性制导“半人马座”第三级氢氧发动机，自1974年2月到1977年9月，发射7个星际探测器，包括“海盗号”、“旅行者”号探测器。
这种“大力神”3型运载火箭从1966年首次发射到1986年8月，共发射135次，成功130次，成功率较高。因此很快投入国际商务市场。
1977年，美国马丁·玛丽埃塔公司开始研制“大力神”34D运载火箭，采用“大力神”3B火箭的芯级液体发动机和“大力神”3D火箭的固体助推器。1982年11月30日大力神34D火箭首次飞行成功。从1982年至1986年共发射9次，其中2次失败。1989年12月31日，首次用于商业发射，将英国一颗军事通信卫星和日本一颗通信卫星送入预定轨道。1990年3月14日，第二次商业发射失败，使一颗国际通信卫星未能入轨。
1984年12月，美国又决定研制“大力神”4型运载火箭，用于发射大型军卫星。它的第一级长26．36米，直径3米，有两台LR87－AJ11发动机，推力为2436千牛；第二级长9．96类，有一台LR91－AJ11发动机，推力为467千牛；第三级助推器做了改进，由固体惯性上面级改用“半人马座”氢氧发动机，芯级加长2．75米，仍采用“大力神”34D的发动机。这种火箭是“大力神”系列火箭的最大型号，整个火箭长62．17米，最大直径5．08米，发射地球同步轨道卫星运载能力为4．5吨。