(ULA打出造价10亿美元导弹预警卫星,天价军星背后还有天价星座)

运势 0 62

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SpaceX干净利落地打完今年第15轮后的第四天,美国联合发射联盟慢慢飞出了今年的第二轮。好在任务价值极高,有效载荷高得惊人,能为ULA挣点面子。


SBIRS GEO 5被称为世界上最先进的导弹防御卫星,价值10亿美元。它由ULA王牌火箭Atlas V发射和部署,为美国陆军增添了一双新的锐利鹰眼。



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●启动流程


然而,价值极高或载荷极高的发射任务往往是不可避免的,尤其是发射装置或ULA。发射原定于今年4月,但推迟了一个月。这个目标在5月17日之前似乎是真实的,但在发射前一个半小时,当液氧准备加注时,冷却系统的阀门出现故障,导致发射被迫取消,被迫推迟24小时。


不过最后还是暴涨,今天成功部署。ULA发射了第8枚Atlas V 421火箭,于美国东部时间5月18日下午13点37分(北京时间5月19日下午1点37分)锁定,并在佛罗里达州加州角发射了SLC-41。


此次发射采用了421的配置,这是ULA王牌火箭Atlas V的更强版本。所谓421构型是指:4米直径整流罩;2个固体燃料助推器;1台半人马座发动机(上面级发动机)。自2007年首飞以来,这是该火箭的第八次飞行,并且全部发射成功。


具体看发射过程——



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阿特拉斯V 421第一级火箭:核心级(搭载俄罗斯RD-180发动机的阿特拉斯CCB)捆绑了两个固体燃料助推器(AJ-60A),总共产生约6,700 kN推力(相当于683吨力),起飞后一分半钟就增加到7,100 kN以上推力(相当于724吨力)。火箭飞行47秒后突破音障,速度超过1马赫,通过Max-Q最大空气动压力。


T+2分9秒,两个AJ-60A固体燃料助推器自动分离丢弃,随后坠入大西洋。第一级火箭的核心级继续燃烧推进,直到T+4分10秒,俄罗斯发动机RD-180关闭,然后6秒后,第一级和第二级分离。


半人马座上面级滑翔10秒后,启动单个RL10C-1-1发动机。这是半人马座第一次使用这种发动机,它连续燃烧10.5分钟。洛克达因制造的这款RL10C-1-1属于RL10氢氧发动机的升级版。用3D打印技术更容易制造,性能更优化。喷管比之前的RL10更大,推力增加了1000磅。


当火箭突破大气层最厚处时,保护军星的整流罩在T+4分34秒时被分离抛弃。此时大气足够稀薄,卫星可以安全暴露。



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l 空15分06秒时,半人马座RL10C-1-1单引擎熄火,进入初始停车轨道。随即,两颗搭便车的泰国空军事技术演示卫星EZ-3和EZ-4成功部署。这两颗立方体卫星也被称为TDO 3号和TDO 4号(类似于分别于2019年和2020年部署的TDO 1号和TDO 2号),主要用于空之间的轨道碎片跟踪和域感知演示。每个都只有20x20x34大小。


接下来是15分钟的滑行阶段。T+31分06秒半人马座发动机两次点火,燃烧3分21秒后再次熄火。利用制导计算机将半人马座准确地插入一个特别规划的地球同步转移轨道:925.2 x 35753.2公里,赤道倾角为21.14度,低于发射初期的倾角28.5度。


T+42分46秒,成功部署主星SBIRS GEO-5。从这个GTO轨道出发,这颗天价军星利用机载推进器,在几个小时内到达最终轨道:35753km×21.14度的圆形地球同步轨道。由于卫星绕地球轨道与地球自转同步,机载红外预警传感器可以对地球的一些敏感区域进行持续监测。


作为主星制造商,洛克希德·马丁公司随后将控制权移交给了位于美国科罗拉多州巴克利空陆军基地的美军第460太空联队的连续红外空战斗感知中心,该中心指挥和操作整个天基红外导弹防御系统。



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●天价军星


本次发射任务的主星:SBIRS GEO 5,全称第五代天基红外系统地球同步轨道(sbirs geoflight 5),天基红外系统的第五颗地球同步轨道卫星,被誉为世界上最先进的导弹预警与防御卫星。


地球同步轨道Geosynchronous orbit,简称GEO;地球静止轨道,缩写为GSO。地球静止轨道是地球同步轨道的一个特例。两者的区别在于,地球同步轨道卫星每天在同一时间经过地球上的同一点空,而地球静止轨道卫星始终固定在特定位置。



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卫星总质量4.85吨,设计寿命12年。它由军火巨头洛克希德·马丁公司制造,采用最先进的“战斗巴士”LM 2100平台,造价约10亿美元。


被称为世界上最先进的导弹预警和防御卫星的SBIRS GEO 5的工作原理是:卫星携带红外传感器,探测导弹飞出大气层后发动机尾焰的红外辐射,在相机跟踪的帮助下,可以及时准确地判断导弹的飞行轨迹,从而向美国及其盟国发出导弹攻击警告。按照官方说法:为美军提供导弹预警、导弹防御、技术情报侦察、作战空功能描述。


根据商洛马的报告,仅2019年,SBIRS系统就监测到近1000次全球导弹发射,2020年超过1000次。


SBIRS(天基红外系统)被美国国防部称为“导弹预警和防御的全球守护者”。它最初是在1991年海湾战争期间构想出来的。当时,美军紧急意识到导弹预警能力不足,需要一种新的系统来快速准确地跟踪来自世界各个角落的每一枚近程和远程导弹的发射信息。


在SBIRS之前,美国的导弹预警能力是由诺斯罗普·格鲁曼公司制造的预警卫星系统的国防支持计划(DSP)提供的,该系统由1970年至2007年发射的23颗卫星组成。


海湾战争后,SBIRS开始纳入国防部的计划。当时负责Tai 空预警系统的美军空最终选择了洛克希德·马丁公司建造SBIRS。



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●天高星座


SBIRS可以分为两类。第一类,SBIRS Low(也称为SBIRS HEO),由两颗高椭圆轨道卫星组成,在所谓的“闪电轨道”上运行。第二类称为SBIRS High(或SBIRS GEO),最初由两颗地球同步轨道卫星组成,后来扩展到6颗卫星。第一颗SBIRS GEO卫星于2011年发射,三颗卫星于2013年、2017年和2018年发射。这次发射是第五次,所以被称为SBIRS GEO 5。下一个SBIRS GEO 6计划于2022年发射,ULA也使用Atlas V火箭。


SBIRS是一个天价星座,从最初的40亿美元预算飙升到170亿美元。因此,最新的SBIRS GEO 5价值10亿美元也就不足为奇了。虽然美国政府问责局(GAO)早在2013年就对其提出质疑,但该项目存在技术不成熟、需求不明确、资金不稳定、低估系统复杂性、监管不力等问题。


但是整个预算并没有被大幅削减。要知道,仅SBIRS星座2021年的预算就高达25亿美元,相当于好奇号火星车的整个任务预算。商洛马的合同只是做了一些象征性的改动,声称通过简化生产和优化管理,将为军方节省10亿多美元。于是,山寨带来了更大的利益。罗·马丁公司正在为美国陆军建造下一代导弹预警卫星星座(空 OPIR),以取代目前的SBIRS星座。第一颗OPIR卫星将于2025年发射。


罗马利用“战斗巴士”LM 2100平台获得至少27颗高价卫星订单——2 sb IRS(GEO 5,6);3颗OPIR卫星;22颗下一代GPS导航卫星。



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● Atlas V


此次发射使用了美国联合发射联盟的ULA王牌火箭——阿特拉斯五号火箭阿特拉斯五号火箭(又称巨神五号火箭和宇宙神五号火箭),最初由洛克希德·马丁公司研制,后并入ULA联合发射联盟。


火箭高度超过58米,直径3.81米。它采用两级模式:第一级通用核心推进器+第二级半人马座(上面级)。


Atlas V近地轨道运载能力8 ~ 20吨,地球同步转移轨道运载能力4.7 ~ 8.9吨。现役火箭世界排名第8。可比能力:长征五号、猎鹰九号、阿丽亚娜五号、德尔塔四号、H-IIB、质子M、安加拉A5火箭等。


Atlas V细分为9个型号,型号从401到551,共发射87次(包括这次),发射环节100%成功(仅在2006年6月美国国家调查局的两颗卫星发射时,卫星偏离预定轨道,后被修正)。因此,这也是ULA敢于自吹自擂,自称“全美最安全、最可靠的发射承包商”的资本之一。


发射采用Atlas V型强版421构型,421表示:4米直径整流罩;2个固体燃料助推器;1台半人马座发动机(上面级)。自2007年10月11日首飞以来,这已经是第八次使用,全部发射成功。



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Atlas V目前的发射价格从1.09亿美元到1.53亿美元不等。Atlas V 421的发射价格约为1.23亿美元,略高于SpaceX新的重型鹰火箭的发射价格。这是SpaceX自2010年代以来直接与ULA竞争政府合同的结果。在此之前,一次发射就要花费两到三亿美元。


即使有SpaceX这种低成本高效率的竞争武器,也依然没能撼动ULA低效率高价格的霸道地位。要知道,从2012年到2019年,名义上美国军方授予了ULA和SpaceX总价超过120亿美元的发射合同,但实际上SpaceX只是附带的bit部分,大部分发射合同还是被ULA吞掉了。这也是SpaceX不断起诉,争取私人发射者权利的结果。


2020年8月,美国空陆军公布了未来5年内Tai 空的发射合同。36份发射合同的总金额至少为50亿美元,ULA获得了60%的发射份额,SpaceX获得了剩余的40%。发射的比例从90%下降到60%,这对ULA来说已经是一个痛苦的削减。


美军空抛出大单,SpaceX赢了40%,ULA赢了60%



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●发射著名飞船


因为它安全可靠,也因为它与美国军方、情报界和美国国家航空航天局的密切关系,Atlas V多次赢得了一大波世界闻名的太空qi4发射,例如—


火星勘测轨道飞行器MRO于2005年8月12日发射升空。


2006年1月19日,新视野号探测器发射升空。


2009年6月18日,LRO号月球勘测轨道飞行器发射升空。


从2010年到2015年,X-37B共发射了4次。


2010年2月11日,太阳动力学天文台SDO发射升空。


朱诺木星探测器朱诺于2011年8月5日发射。


2011年11月26日,火星科学实验室MSL号(好奇号火星车)发射升空。


2012年8月30日,范艾伦探测器RBSP发射升空。


2013年11月18日,火星大气探测车MAVEN发射升空。


三艘天鹅座CRS货船于2015年至2017年下水。


2016年9月8日,小行星探测器OSIRIS-REX发射升空


2018年5月5日洞察号火星探测器InSight/MarCO


2019年12月20日,波音星际飞船无人首飞(发射环节成功,飞船对接空站失败)


2020年2月10日太阳轨道飞行器,太阳轨道飞行器


从2018年到2020年,美国陆军最先进的通信卫星星座AEHF-4、5和6发射了三次(包括美国太空军成立后的第一个航天器AEHF-6空)


2020年5月17日,X-37B第6次任务,阿泰空飞机发射。


2020年7月30日,火星2020任务(坚忍号火星车+机智号直升机)发射升空,探火大结局终于重磅登场。毅力号在203天后登陆火星。


……



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此次发射后,严重依赖政府订单生存的ULA开始迎来每月一次发射的“快节奏”。美国太平洋空陆军空之间一项拖延已久的测试计划(STP)暂定于6月启动,沉寂已久的波音Starship第二次无人轨道试飞(OFT-2)计划于7月30日启动。



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