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荒地之主|运载器一号空射系统首飞失利情况及影响分析

5月25日 ， 美国维珍轨道公司的运载器一号空射火箭搭乘波音747载机从加利福尼亚州的莫哈韦航空航天港起飞 ， 进行首次发射 。 载机飞行54分钟后 ， 到达指定发射区域 。 随后 ， 运载器一号火箭从载机左翼成功释放 ， 一子级“牛顿三号”发动机实现了点火工作 ， 但在一子级飞行期间出现异常 。
荒地之主|运载器一号空射系统首飞失利情况及影响分析
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运载器一号空射系统首飞
按照原计划 ， 一级点火工作约3分钟 。 随后 ， 一子级分离 ， 二子级发动机开始工作 ， 时长约为6分钟 。 火箭整流罩会在二级点火后约20秒后抛掉 。 二级关机后 ， 火箭要做22分钟的惯性飞行 ， 然后二级发动机二次点火工作15秒 。 在脱离载机后约32分钟左右 ， 火箭将有效载荷送入近地轨道 。
一、系统构成
运载器一号空射系统是维珍轨道公司自主研制的空射火箭系统 ， 由运载器一号火箭、波音747载机和地面支持系统组成 ， 太阳同步轨道（SSO）和近地球轨道（LEO）运载能力分别为300千克和500千克 ， 发射成本约为1200万美元 ， 可为全球商业用户提供快速、可靠、灵活、低成本的小卫星发射服务 。
1.运载器一号火箭
运载器一号是维珍轨道公司自2012年开始研制的2级空射运载火箭 ， 由公司自主完成其设计、研制、试验、组装与发射 。 火箭由一子级、二子级和整流罩组成 ， 全长21.2米 。
一、二子级为复合材料结构 ， 直径分别为1.8米和1.5米 ， 分别采用公司自行设计、试验和生产的牛顿3号和牛顿4号液氧/煤油发动机 ， 均采用泵压输送系统 ， 推力分别为327千牛和22千牛 ， 工作时长分别为180秒和360秒 。 其中 ， 二子级发动机具备多次启动能力 。
在火箭研制过程当中 ， 公司将主要资金用于多项新技术的突破 ， 实现可靠与低成本目标 ， 包括：低温复合材料贮箱、泵压式推进系统和自动飞行安全系统（AFSS） 。 自2015年以来 ， 维珍轨道公司进行了数百次牛顿3号和牛顿4号发动机热试车 ， 验证了发动机的性能 。
2.波音747载机
2015年底 ， 维珍轨道公司决定改进波音747-400飞机作为专用载机 ， 以提高运载能力和灵活性 。 随后 ， 公司开始在德克萨斯州对波音747进行全面的检修；完成结构改进 ， 主要是在左舷内侧发动机和机体之间安装了挂架 ， 用于挂载运载器一号火箭 ， 并加固了左机翼；更新了电力和通信系统 ， 得到了联邦航空航天局的实验性适航证；完成了系列试验 。 在发射过程中 ， 载机负责提供电力、净化气体、健康监测以及箭体控制 。
3.发射设施
在发射设施方面 ， 主要发射场为莫哈维航空航天港 。 目前 ， 公司已经完成了该发射场的发射评估 ， 同时还在开展其它低纬度发射场地的评估 ， 包括位于肯尼迪航天中心的航天飞机着陆设施、夏威夷的科纳国际机场、波多黎各的罗斯福路军港等 。 此外 ， 公司还积极与英国、日本等国家进行合作 ， 建设发射设施 ， 包括位于英国纽基康沃尔机场的康沃尔航天发射中心以及位于日本九州岛的大分机场 ， 以满足用户的需求 。
与传统的发射方式不同 ， 该系统无需为发射任务建造固定发射平台和其它地面辅助设施 ， 而是由可移动设施设备组成 ， 包括一组推进剂加注设施、有效载荷服务拖车、用于收集与传输遥测信息的地面站以及发射控制中心组成 。
二、影响分析
1.作为低成本专属小运载火箭 ， 未来可有效填补小卫星发射能力的不足
随着航天技术的发展 ， 小卫星数量逐年增加 。 根据欧洲咨询公司2018年发布的《小卫星市场展望》报告 ， 未来十年预计将有约7000颗小卫星（质量小于500千克）需要发射 ， 几乎是以往十年1200颗小卫星数量的6倍 。 未来 ， 小卫星发射在商业航天领域将变得尤为重要 。
目前 ， 基于专用小卫星运载的缺乏和预算受限等原因 ， 小卫星运营商通常采用一箭多星、搭载等发射方式 。 但由于会受到主星或其它卫星的发射安排及其轨道和入轨精度等方面的限制 ， 中低轨道小卫星运营商很难找到合适的发射机会 。 而作为一家空射发射服务公司 ， 维珍轨道致力于降低发射成本 ， 其1200万美元的发射价格远低于飞马座XL空射火箭的5630万美元 ， 未来还可借助高密度发射实现成本的进一步降低 。 此外 ， 公司秉承按需发射理念 ， 将发射服务流程化、标准化 ， 并提高发射频率 ， 以其500千克的运载能力通过专享或拼单方式 ， 满足用户的发射需求 ， 进而填补小卫星发射能力的不足 。
2.具备机动性和灵活性 ， 未来可成为支持快速响应进入太空的重要途径
运载器一号空射系统不受固定发射台的约束 ， 可以从全球不同的机场起飞 ， 无需过多考虑发射场区和落区安全 ， 可用发射窗口和倾角范围选择性大 ， 发射服务流程化 ， 加上年12~24枚火箭的制造和组装能力 ， 系统具备良好的机动性和灵活性 ， 未来有望将星座部署时间降低至数小时内 。
作为快速、灵活火箭的代表 ， 运载器一号空射系统将成为未来实现快速响应的一个重要途径 。 目前 ， 该系统已经获得美国空军的青睐 ， 于今年4月获得其“火箭系统发射计划”下的“轨道服务（OSP-4）”载荷的首个发射合同 ， 将为空军发射44颗小卫星 。 未来 ， 该系统有望在其专门为国防安全卫星发射而成立的VOX子公司的运营下 ， 争取到更多的军事发射合同 ， 实现军事小卫星的快速发射和组网补网 ， 快速提供针对战役和战术任务的战场情报、监视与侦察、部队移动中通信、气象监测、定位、导航等方面的信息支援与保障 。


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