通往太空的新航線

　　空射火箭
　　2006年3月22日14時(shí)3分45秒，一架洛克希德公司L-1011“三星”飛機(jī)飛行在12000米高空從腹部投放一枚“飛馬座”運(yùn)載火箭。“飛馬座”火箭脫離飛機(jī)后點(diǎn)火，利用火箭動(dòng)力爬高飛升.直至進(jìn)入低地球軌道，將3顆“空間技術(shù)-5”衛(wèi)星送入太空。
　　“空間技術(shù)-5”號衛(wèi)星是美國宇航局新千年計(jì)劃測試的10種新技術(shù)中的一組微型衛(wèi)星，號稱“珍珠串”星座。它由加利福尼亞大學(xué)、肯尼迪航天中心、新墨西哥州立大學(xué)物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制，美國宇航局戈達(dá)德空間飛行中心操作。
　　“空間技術(shù)-5”號衛(wèi)星每顆重25千克，電力20～25瓦，電壓10伏，星載計(jì)算機(jī)、命令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、抗輻射微處理器等。天線、計(jì)算機(jī)使用進(jìn)化的人工智能系統(tǒng)，由美國宇航局阿姆斯研究中心設(shè)計(jì)。科學(xué)目標(biāo)是展示飛行能力，并將一些創(chuàng)新的技術(shù)和概念將應(yīng)用到未來的太空任務(wù)。
　　10多分鐘后，“空間技術(shù)-5°”號衛(wèi)星分離成功，進(jìn)入近地點(diǎn)300千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)4500千米，傾角105.6°的太陽同步軌道，軌道周期137分鐘，每天繞地運(yùn)行10.5圈。2006年6月30日，經(jīng)過3個(gè)月8天，“空間技術(shù)-5°”號微型衛(wèi)星被關(guān)閉，成功地完成技術(shù)驗(yàn)證任務(wù)。
　　這次利用飛機(jī)發(fā)射衛(wèi)星的是美國軌道科學(xué)公司.此前該公司還研制過“飛馬座”、“金牛座”等空射運(yùn)載火箭。小型火箭采用飛機(jī)空中發(fā)射是一種很好的選擇，它提供了使用上的靈活性，可從任何地方發(fā)射火箭和各種軌道小衛(wèi)星，而不只是固定在地面發(fā)射場上。
　　空中發(fā)射比傳統(tǒng)的垂直發(fā)射火箭具有重要的優(yōu)勢，特別是在發(fā)射小型衛(wèi)星時(shí)減少火箭重量、成本方面。如維珍銀河公司的“太空船”號飛機(jī)、L-1011“三星”飛機(jī)都可以作為空中發(fā)射的平臺。俄羅斯則利用米格-31發(fā)射小型衛(wèi)星，它可以將8～10噸的火箭攜帶到20多千米的高度。俄羅斯還計(jì)劃利用安-124重型運(yùn)輸機(jī)攜帶運(yùn)載火箭在空中發(fā)射，可將重達(dá)4噸的通信衛(wèi)星、地球觀測衛(wèi)星等送入地球同步軌道。
　　美國軌道科學(xué)公司的“飛馬座”火箭是有翼航天運(yùn)載火箭.可將443千克送到低地球軌道。由于運(yùn)載能力小，美國軌道科學(xué)公司將它作為一個(gè)空中發(fā)射系統(tǒng)。“飛馬座”是枚3級火箭，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供推力。
　　“飛馬座”運(yùn)載火箭有2種型號：H、XL型，分別長16.9、17.6米，直徑均為1.27米，翼展均為6.7米，質(zhì)量分別為18500和23130千克，有效載荷約443千克。“飛馬座”火箭為3級火箭，第一級和第二級火箭推進(jìn)器裝備“獵戶座-50”發(fā)動(dòng)機(jī)，第三級為“獵戶座-38”發(fā)動(dòng)機(jī)。從1990年4月5日～2008年10月19日，“飛馬座”火箭空中發(fā)射共40次，成功35次，失敗3次，部分失敗2次。
　　普通運(yùn)載火箭升空時(shí)，需要克服空氣阻力與地球重力，既要符合空氣動(dòng)力學(xué)，也要符合空間動(dòng)力學(xué)。空射火箭由飛機(jī)攜帶，避免了穿過在大氣層中最濃密的部分；當(dāng)在高空飛行后可以比同樣載荷的運(yùn)載火箭更加輕便。空中發(fā)射成本要低，它沒有防爆墊、發(fā)射臺、發(fā)射塔，或相關(guān)的必要設(shè)備。這允許飛機(jī)攜帶有效載荷從各種各樣的機(jī)場起飛，通常只有有限的支持和準(zhǔn)備要求。
　　1990年4月5日，“飛馬座”首次發(fā)射。美國宇航局試飛員、前宇航員戈登·富勒頓駕駛B-52飛機(jī)，將美國一顆178千克重的地球磁氣圈衛(wèi)星和美國海軍一顆微型衛(wèi)星送上太空.其中地球磁氣圈衛(wèi)星進(jìn)入近地點(diǎn)401千米，遠(yuǎn)地點(diǎn)507千米，傾角94.1°，軌道周期93.7分鐘的近地軌道。自1994年開始，空中發(fā)射任務(wù)由L-1011“三星”飛機(jī)承擔(dān)。
　　“飛馬座”的最后一次飛行是2008年10月19日.當(dāng)時(shí)是發(fā)“野山羊”星際邊界探索衛(wèi)星。“野山羊”是人類第一顆描繪太陽系統(tǒng)與星際空間邊界之間地圖的衛(wèi)星。在10月19日下午，L-1011飛機(jī)“飛馬座”將“野山羊”送入高度大約208千米的地球軌道。
　　空中發(fā)射優(yōu)勢
　　當(dāng)飛機(jī)從跑道起飛，“飛馬座”發(fā)射，到衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道，地面支持和檢驗(yàn)設(shè)施包括位于美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心卡納維拉爾角空軍基地、加利福尼亞州范登堡空軍基地和德萊頓飛行研究中心、佛吉尼亞州沃洛普斯飛行設(shè)施、太平洋的夸賈林和大西洋的加那利群島的觀測站。
　　飛機(jī)達(dá)到預(yù)定分離時(shí)間、地點(diǎn)和速度矢量，就釋放“飛馬座”火箭。“飛馬座”自由落體5秒鐘，火箭第一階段點(diǎn)燃和爬升。碳復(fù)合結(jié)構(gòu)和楔翼型的三角翼提供升力。尾翼提供轉(zhuǎn)向飛行。“獵戶座-50”發(fā)動(dòng)機(jī)不具有推力矢量噴管。約1分17秒后，“獵戶座-50”發(fā)動(dòng)機(jī)燃盡。“飛馬座”在海拔6萬米高度，以高超聲速飛行。第一級火箭和機(jī)翼、尾部下降。第二級“獵戶座-50”點(diǎn)燃，燃燒大約1分18秒。
　　姿態(tài)控制由“獵戶座-50°”發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量控制俯仰與偏航：側(cè)航控制系統(tǒng)由第三階段的氮?dú)獍l(fā)動(dòng)機(jī)控制。“飛馬座”通過第二級火箭的飛行，發(fā)射到達(dá)真空的高度。整流罩分離和下降，第三級火箭攜帶有效載荷繼續(xù)飛行。
　　第一眼看上去，好像空中發(fā)射的飛機(jī)作為一個(gè)助推器增加有效載荷，事實(shí)上，空中發(fā)射主要是用來降低成本。如果從地面上發(fā)射，火箭的成本的成本非常高，從地球到低軌道，發(fā)射每千克重量約1萬～2.5萬美元；而從空中發(fā)射成本則只有5000～6000美元/千克。飛機(jī)發(fā)射衛(wèi)星，可大幅度降低發(fā)射小型衛(wèi)星的費(fèi)用，一般空中發(fā)射的全部費(fèi)用不會超過2000萬美元，美國軌道科學(xué)公司每次發(fā)射費(fèi)用約1100萬美元。
　　空中發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)載火箭不需要穿越稠密的大氣層，空氣阻力降低，不需要大量的推進(jìn)劑；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是精確發(fā)射有效載荷，在任何時(shí)間送入任何軌道傾角，可從各種地理?xiàng)l件和地點(diǎn)發(fā)射。最大單一原因是飛機(jī)發(fā)射比傳統(tǒng)發(fā)射可盡量擺脫天氣影響。飛機(jī)攜帶運(yùn)載火箭到達(dá)12000米高度的對流層之上，進(jìn)入平流層，常規(guī)天氣僅限于對流層，12000米以上的側(cè)風(fēng)非常溫和。因此，空中發(fā)射可以避免天氣引起的延誤。
　　野心與夢想
　　2004年～2006年，總部位于美國的維珍銀河公司的亞軌道飛行器“太空船-1”號飛機(jī)進(jìn)行了17次飛行，3次到達(dá)亞軌道，最高達(dá)到112千米。后來維珍銀河公司又開發(fā)了“太空船-2”號飛機(jī)，“太空船-2”號由“白騎士-2”號運(yùn)載飛機(jī)攜帶在15000米高度推出。“太空船2”號火箭發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，速度達(dá)到4200千米/小時(shí)并飛入太空進(jìn)入亞軌道，然后滑行返回地球從常規(guī)機(jī)場跑道著陸。從2010年～2011年，“太空船-2”號已進(jìn)行17次試驗(yàn)飛行，其中2011年就達(dá)14次。據(jù)報(bào)道，位于新墨西哥的美國太空港已經(jīng)建成，第一批5架機(jī)腹掛裝“飛馬座”的L-1011飛機(jī)。“太空船”已命名了“維珍”、“旅行者”、“企業(yè)”和“航行者”號，計(jì)劃于2013年開展太空旅游和空中發(fā)射。
　　“太空船”的運(yùn)載機(jī)“白騎士-2”號水平起飛，水平降落，不但可以投放“太空船-2”，還可以作為空中發(fā)射平臺，把小衛(wèi)星送入近地軌道。“太空船-2”號亞軌道飛行，可靠性安全性大大提高，也能進(jìn)行空中發(fā)射。“太空船”號空中發(fā)射時(shí)，其優(yōu)勢比用L-1011“三星”發(fā)射要大的多，因?yàn)椤疤沾碧栵w得更高，可以進(jìn)入亞軌道甚至進(jìn)入太空發(fā)射。
　　實(shí)際上，許多飛機(jī)經(jīng)過改裝都能進(jìn)行空中發(fā)射。美國其他的航空公司和飛機(jī)制造商也野心勃勃瞄準(zhǔn)空中發(fā)射的市場，如總部位于華盛頓科克蘭德的美國空中發(fā)射航空公司（AirLaunch）和總部位于阿拉巴馬州亨茨維爾的美國戰(zhàn)略發(fā)射系統(tǒng)公司（stratolaunch Systems）。
　　直接在空間釋放衛(wèi)星實(shí)際是最可靠安全的方法，例如美國航天飛機(jī)飛行135次，利用空間優(yōu)勢，在太空施放部署了74顆重型衛(wèi)星和航天器，如“哈勃”、“錢德拉”太空望遠(yuǎn)鏡等。在1990年，美國將一顆重達(dá)18噸的光學(xué)照相偵察衛(wèi)星“鎖眼-12”衛(wèi)星由“亞特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)釋放入軌。
　　除了航天飛機(jī).衛(wèi)星甚至也能用來在太空中“發(fā)射”衛(wèi)星。2002年12月14日，日本H-2火箭第4次發(fā)射，其搭載的一顆大衛(wèi)星上又帶了3顆小衛(wèi)星，這3顆衛(wèi)星在近地軌道成功發(fā)射，用于監(jiān)視地球、海洋溫度、植物變化。
　　空天飛機(jī)發(fā)射衛(wèi)星比任何一種發(fā)射方式都簡單易行、安全可靠、成本十分低廉。2010年3月，美國X-37B空天飛機(jī)進(jìn)行第一次試飛。不久的將來，空天飛機(jī)發(fā)射衛(wèi)星將成為發(fā)射衛(wèi)星的主要方式。盡管目前沒有空天飛機(jī)施放衛(wèi)星的消息，但不久的將來一定能實(shí)