阿丽亚娜5运载火箭.docx
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阿丽亚娜5运载火箭
“阿丽亚娜”5运载火箭
阿丽亚娜5是欧洲目前最大的运载火箭，注意其火箭本身只装有一台发动机。
在刚刚过去的2009年10月，欧空局（ESA）的“阿丽亚娜”5运载火箭一头一尾进行了两次发射。
第一次是在10月1日，将Amazonas2和ComSatBw-1发射上天，这次发射由于处于长假期间，在浓厚的国庆氛围中没有得到应有的重视。
其中，西班牙的Amazonas2是民用通信卫星，可谓HISPASAT公司的美洲地区服务提供额外的能力，覆盖区域从阿拉斯加到火地岛，由南至北纵跨了整合美洲大陆。
而ComSatBw-1则是德国第一颗军用通信卫星，是联邦国防军网络中心战的重要节点系统，是战略指挥基础设施的支柱，将于2010年底前正式投入现役。
第二次是10月29日，又将NSS-12和Thor-6发射上天，都主要用于电视直播，前者属于卫星运营商SES环球天空公司，由劳拉空间系统公司制造，后者属于挪威电信公司，由泰利斯-阿莱尼亚航天公司制造。
通过这两次一箭双星发射，“阿丽亚娜”5在一个月内就将四颗卫星送入同步转移轨道（GTO）。
年内阿丽亚娜-5已经完成了6次发射，其中5次是一箭双星或一箭多星。
然而，“阿丽亚娜”5在国内军事和航天爱好者中的口碑并不很好，这一方面是因为其前任“阿丽亚娜”4在国际商业发射市场上的成就过于辉煌，另一方面则是出于对其运力范围和一箭多星发射方式的认可，外加自1996年服役以来“阿丽亚娜”5还出现过几次重大事故，此外对于新一代“长征”5号系列运载火箭过于执着地期待和关注大概也算一条不是理由的理由。
但实际上，“阿丽亚娜”5已经悄然完成了总共48次发射，其中2次完全失败，2次部分失败，从2008年底开始发射成功率已经超过了90%，而且从2003年开始已经连续34次发射，其中还包括发射与国际空间站（ISS）对接的无人自动货运飞船（ATV），标志其开始步入了“金牌”火箭的行列。
“阿丽亚娜”5的起源
“阿丽亚娜”5的起源要追溯到20世纪80年代末，欧空局当时已经相继完成了属于同一系列的阿丽亚娜-1/2/3/4，开始规划运力更大的新一代运载火箭，以便应对世纪之交国际商业发射市场的新需求。
“阿丽亚娜”5的总体设计和运力区间式精心设计的，重点参考的是美苏两国两种著名的运载火箭，即苏联的“质子”系列和美国的“大力神”IV系列，但是根据自身航天战略和市场判断调整了侧重点。
“质子”火箭由苏联功勋弹道导弹和运载火箭设计师切洛梅伊设计，由归属OKB-586设计局的位于大莫斯科地区的赫鲁尼切夫工厂生产。
两级版的“质子”初始型近地轨道（LEO）运载能力并不突出，但“质子”K在配备加大的第二级和新加的第三级后，其LEO运力提高到了近20吨，主要用于发射轨道空间站舱段等大型载荷。
但由于采用偏二甲肼/四氧化二氮（UDMH/N2O4）推进剂的运载火箭，发动机比冲受到了很大的限制，必须增加第四级才能向GTO发射载荷。
被安放在拜科努尔航天发射场的俄罗斯“质子-M”火箭。
“大力神”IV系列则是从“大力神”III-C/D/E基础上衍生出来的，采用UA1207固推的称为“大力神”IV-A，采用USRM固推的称为“大力神”IV-B。
“大力神”III-C/D/E在20世纪60年代中期就已引入了大型固体助推器，III-D型其实就是不带上面级的III-C型，专门用于发射美国空军（USAF）和中情局（CIA）的“锁眼”系列大型光学侦察卫星，而III-E型则采用了性能非常突出的“半人马座”低温上面级，主要用于发射美国航空航天局（NASA）深空探测器。
“大力神”IV可以搭配采用固体的惯性上面级（IUS），或者“半人马座”低温上面级，也可以不带上面级专门发射LEO大型载荷。
同时采用了直径更大的整流罩，以便能够容纳尺寸更大的载荷，大大提高了任务灵活性。
“大力神”IV也是以发射LEO大载荷为主，兼顾GTO运载能力。
在使用旧款固推时，LEO运力为17770千克，采用新型助推器后可提高到21900公斤；使用“半人马座”和IUS时，地球同步轨道（GSO）4545千克和2364千克；改用新型助推器后则可分别提高到5773千克和2860千克。
大力神4号运载火箭采用了有毒推进剂，既限制性能也不环保。
“质子”系列和“大力神”IV系列都存在一些明显的问题，其中首当其冲的就是GTO/GSO运力不足，即便是配备强劲的“半人马座”低温上面级后，“大力神”IV最多也只能将不到6吨的载荷送入GSO。
“质子”就更要差得多，而且也没有大型整流罩。
其次，“大力神”IV所采用的模组化大型固推技术十分复杂，成本过于高昂。
另外，“质子”和“大力神”IV主发动机都使用有毒推进剂，既限制了性能也不环保。
从欧空局的需求来看，虽然无力成批发射美国那样大型低轨道军用卫星，但当时正在研制“赫尔墨斯”小型航天飞机（这种方式“大力神”III也考虑过），同时也在规划独立发射空间站，因此仍然需要一种有较大运力的火箭将其送入LEO。
而“阿丽亚娜”4开创的GTO/GSO商业发射市场份额必须得到巩固，方能在经费并不充裕的情况下继续维持发展。
最终，欧空局没有采用“质子”高度特型化的设计，采用了类似“大力神”IV的构型，即大型固推加芯级，但是在总体布局上进行了大量创新，最主要的是从三级半结构简化为两级半。
欧空局在“阿丽亚娜”5上采用了直径5.4米的“低温芯级”（EPC），这一尺寸要比后来“德尔它”IV的5.1米还要大。
其直接好处首先是能够在控制芯级长度的前提下多带推进剂，通过延长芯级发动机燃烧时间来获得更大的总冲。
虽然EPC安装的“火神”主发动机性能不如RS-68，但EPC比“德尔它”IV的“通用助推器”（CBC）燃烧时间长一倍多，因此在总冲上得到了补偿。
其次，EPC也能非常方便地直接使用同直径的大型整流罩，还为未来采用更大更强的上面级火箭奠定了有利条件，缺陷则是会给运输带来一定困难。
好在欧空局历来是以海运方式，将火箭组件从欧洲的生产厂运抵法属圭亚那的发射场组装的。
欧空局精心设定了“阿丽亚娜”5及“火神”主发动计的参数。
欧空局没有采用“航天飞机主发动机”（SSME）高性能但复杂的分级循环方式，而是采用了成熟的燃气发生器循环，适当控制比冲和推力，削减零部件数量，采用简化工艺，从而降低研制和生产成本，保证火箭具有高可靠性，后来的“火神”2也采用了相同的设计思路。
由于EPC携带的推进剂比较多，重量超出了“火神”的推力，靠单台发动机是无法起飞的，而安装两台会使结构复杂成本增加。
因此“阿丽亚娜”5捆绑了两具大型固推，但其推力要比“大力神”IV的小不少，从而降低了研制难度和生产成本。
欧空局非常清楚，过大的GTO运力反而会影响承接发射任务，因此在最初的“阿丽亚娜”5G型上采用性能较差的“可贮存推进剂级”（EPS）上面级，对GTO运力有意加以控制。
其上配备的“潮汐”（Aestus）发动机使用有毒的甲基肼/四氧化二氮（MMH/N2O4）推进剂，推进剂采用氦气挤压供应方式，而且没有二次启动能力，当然由于法属圭亚那靠近赤道，可以允许上面级没有两次启动能力。
第一代“阿丽亚娜”5
算起来，1996年首飞的“阿丽亚娜”5系列已经不是一种新火箭了，其初始型“阿丽亚娜”G虽然由于种种原因，GTO运力被限制在6吨以下，LEO运力也只有16吨。
但即便如此，对于90年代中后期的绝大多数商业卫星来说还是偏大，索性当时“阿丽亚娜”4系列已经进入高度成熟期，仅有的三次发射失败全都出现在1994年前，六种构型足以在谈判过程中为客户提供灵活的解决方案。
另一方面，“阿丽亚娜”5G也出师不利，1996年6月4日的第一次发射升空37秒后火箭就被迫自毁，原因是计算机无法将一条代表火箭水平姿态偏差的64位浮点数据转化为16位单精度整数，造成计算机处理超载，结果导致火箭超出飞行限制。
令人沮丧的是，出问题的这部分软件在“阿丽亚娜”5上其实并不需要，但为了节省成本仍然被整体平移到了新火箭上航。
经过了一年多的努力，欧空局认为已经充分解决了上述问题，在第二次测试飞行中携带了MaqSatH、TEAMSAT、MaqSatB和YES四颗卫星。
但是“火神”发动机喷管导致火箭出现了滚转，结果芯级发动机提前关机，虽然上面级工作正常，但载荷还是没能进入预定轨道。
这两次事故代价巨大，对比不断取得发射成功的“阿丽亚娜”4系列，外界不可避免地要对这种新型运载火箭报以极大的不信任，特别是好事的媒体连篇累牍地对其进行宣扬。
在经历了这两次惨败后，欧空局对芯级进行了改进，编号也从原先的H155更改为H158，使GTO运载能力从5.97吨提高到了6.2吨。
为了确保成功，加上合同数量不足，其后两年时间里总共只进行了两次发射。
在接连取得成功后，欧空局又在2000年集中安排了4次发射，并且都取得了圆满成功。
但是新的事故又接踵而至，2001年7月13日的发射“阿丽亚娜”5G未能将“阿特弥斯”（Artemis）和BSat2b两颗卫星送入正确的轨道，原地点高度仅有GTO的约一半。
“阿特弥斯”（Artemis）卫星的拯救行动彰显了欧空局的强劲实力。
不过，此后“阿特弥斯”的拯救行动却彰显了欧空局的强劲实力。
这颗卫星是欧空局的空间激光中继通信实验卫星，星上带有高比冲的离子发动机。
欧空局和阿莱尼亚公司领衔的工作队首先利用星上的化学火箭发动机，在近地点进行5次点火，将卫星助推升高到达近地点592千米、远地点31000千米的轨道。
然后卫星在远地点连续3次点火，使上述大椭圆轨道圆化形成运行周期20小时的停泊轨道，随后太阳电池翼和2副抛物面天线反射器展开，并分别指向、跟踪太阳和地球。
此时，这颗卫星已经初步恢复了功能，利用“卫星间激光通信”（SILEX）计划（SILEX）的成果，在低轨道的SPOT4卫星和高轨道的Artemis卫星之间建立了激光数据通信链路，这也是世界上首次进行激光通信试验。
同过激光通信工作组重新加载了星上部分控制程序，然后利用4台离子发动机缓慢但持续地抬高轨道，最后阶段再利用星上化学火箭进行飘移，最终于2003年1月31日进入了预定轨道。
在“阿丽亚娜”5G开始逐步成熟之后，欧空局又推出了升级后的“阿丽亚娜”5G+，改进后的EPSL10上面级增加了250千克的推进剂，使GTO提高到6.95吨（单一载荷）。
EPSL10还终于具备了多次启动能力，但直到2007年10月的发射中才在“阿丽亚娜”5GS上进行了首次试验，这已经是整个系列的第34次发射。
“阿丽亚娜”5GS实际就是采用P241新固推的G+，但其再次对GTO运力进行了人为控制，这在进入21世纪后有了新的意义。
欧空局已经规划了GTO运力10吨级的“阿丽亚娜”5ECA，也就是具有长期演进特征的第二代“阿丽亚娜”，而“阿丽亚娜”4系列开始退役。
3吨级的同步轨道卫星如果用ECA发射，很可能是一箭双星有富余，需要找一颗6吨级的卫星来配载，一箭三星运力不够，而且整流罩也容纳不下。
如果有改进后的6吨级GTO运力火箭，既可以发射5-6吨的大型卫星，也可以发射两颗正常重量的3吨级卫星。
这显然是非常合理的，因为只需要换用上面级即可。
阿丽亚娜5火箭的技术水平已在长征四丙火箭之上了。
到2004年完成最后一次飞行为止，“阿丽亚娜”5G/G+总共进行了20次发射，全部4次事故中有3次是“阿丽亚娜”5G造成的。
如果剔出上述发射任务，以及5次GS的发射，剩余的23次发射中，“阿丽亚娜”5实际只失败了一次，也就是后面要提到的“阿丽亚娜”5ECA的首次飞行，成功概率高达95.65%。
“阿丽亚娜”5的名称差点就会在了基本型“阿丽亚娜”5G上，但是该型火箭还是抢在美国“德尔塔”IV和“宇宙神”V投入使用前商用，稳固了欧空局在国际商业发射市场中的地位。
与此相对应的是，与“阿丽亚娜”4相比各有千秋的“长征”4乙和4丙，被“阿丽亚娜”5大幅拉开了差距，当然此时的中国航天正在全力实施921工程，将工作重心转到了载人航天领域。
第二代“阿丽亚娜”5
从20世纪90年代中期开始，随着旧款运载火箭技术的逐步老化，在各主要航天大国内掀起了一场新一代模块化运载火箭的风潮，其代表作就是美国的“德尔塔”IV系列和“宇宙神”V系列，俄罗斯的“安加拉”系列和中国的“长征”5系列也是这个时候开始研制的。
但是欧空局却没有这么做，其“阿丽亚娜”5的研制相对较早。
欧空局用单一构型的“阿丽亚娜”5替代了模块化的“阿丽亚娜”4，然后立足自身技术实力走上了渐进演化发展的道路，这就是“阿丽亚娜”5E系列，以及利用其技术进一步改进后的“阿丽亚娜”5GS。
“阿丽亚娜”5E系列最大的改进是在编号H173的EPC上换用了“火神”2发动机。
“火神”2从1995年开始研制，到1999年4月斯奈克马交付第一台研制型试车，仅用了四年时间。
尽管火神2发动机推力增加20%，但发动机的生产成本却有所降低。
固推也从P241升级到P238，新固推不仅加大了装药量，还改进了喷管。
“阿丽亚娜”5E的第一种型号是ECA，其在上面级上有了新的改进，采用了“阿丽亚娜”4上就已非常成熟的HM7B发动机，但是配备了容积较大的推进剂贮箱，显著提高了工作时间，不过仍然不具备两次启动能力。
HM7B的性能有限，GTO从6吨级提升到10吨级主要依靠下面级。
ECA很好地适应了同步轨道卫星大型化的趋势，可以以一箭双星方式发射两颗5吨级的卫星。
然而总是打不响头炮的“阿丽亚娜”5，在ECA的2002年12月的第一次发射中又演出了一幕自毁的悲剧。
尽管后来不但是ECA，整个“阿丽亚娜”5系列就再没失手过，成功率后来不断提高，但是两次自毁在外行人眼中却再也拔不出来了，这种情况在日本的H2系列运载火箭上也曾出现。
ECA首飞时自毁的直接原因是喷管排泄冷却管路破裂，但这和“火神”2的基本设计实际无关，根本原因是飞行载荷超限，主要责任在火箭控制系统。
在此之后ECA消停了两年多的时间，直到2005年2月才重新恢复发射。
ECA还和G系列有了第二个杂交品种，这就是面向LEO任务的“阿丽亚娜”5ES，虽然和G+共用老款上面级，但这倒是正宗的第二代“阿丽亚娜”5。
其LEO运力可达21吨左右，正好满足了ATV的发射需要。
“阿丽亚娜”-5ECA型火箭已多次进行了一箭多星的发射。
欧空局正在加紧研制先进低温上面级发动机“芬奇”（Vinci），该发动机在技术上基本达到了同类发动机的经典之作RL10的水平，大大缩短了欧空局在上面级技术上与美国的差距。
未来几年第二代“阿丽亚娜”5将迎来真正的主角，这就是“阿丽亚娜”5ECB。
ECB将是至关重要的呈上起下型号，“阿丽亚娜”5系列的进一步运力增加，上面级将十分关键。
同时，这型运载火箭也将是“长征”5的主要竞争对手之一，我们所需要做的只是静静等待。
简介
阿丽亚娜-5运载火箭（Ariane5）是欧洲研制的不可重复使用之运载火箭亚利安火箭系列中的最新型号，主要将人造卫星发射至地球同步轨道或低地球轨道。
亚利安五号运载火箭由欧洲空间局（ESA）及国家中央发射场（CentreNationald'EtudesSpatiales,CNES）出资建造,以EADS太空载具（AstriumSpaceTransportation）为主要承包商,负责整合下游承包商。
亚利安太空公司负责经营及销售亚利安火箭。
太空载具公司则在欧洲建造火箭及在圭亚那太空中心发射火箭。
亚利安太空公司的亚利安四号运载火箭虽然十分成功,但并无法直接获利,因为其研发耗用了十年及70亿元,亚利安五号运载火箭从第一次发射成功即进行改良,有亚利安五号运载火箭的衍生型有G,G+,GS,ECA及最新的ES。
欧洲空间局原先计划亚利安五号运载火箭用来发射小形载人航天飞机汉密斯（Hermes）,并以"载人等级标准"来建造,当欧洲空间局将汉密斯计划取消后,亚利安五号运载火箭才完全为载物用途。
两枚人造卫星能用SYLDA（SYstemedeLancementDoubleAriane）货架以相互堆栈放置;三枚人造卫星则使用SPELTRA（StructurePorteuseExterneLancementTRipleAriane）;如超过八枚人造卫星,通常是实验卫星或微型卫星,可使用ASAP（ArianeStructureforAuxiliaryPayloads）平台。
火箭信息
功能不可重复使用之运载火箭
制造公司EADSAstriumfor欧洲空间局and亚利安公司
国家欧洲
高度59米（193尺）
直径5.4米（17.7呎）
质量777,000公斤（1,712,000磅）
节数2节
酬载能力普通:
16,000kgECA型:
21,000kg（LEO）
酬载能力普通:
6,800kg
（地球同步轨道）ECA型:
10,500kg
发射记录现况现役
发射场圭亚那太空中心ELA-3发射场
发射次数38次（普通:
24,ECA型:
13,ES型:
1）
成功次数34（普通:
21,ECA型:
12,ES型:
1）
失败次数2（普通:
1,ECA型:
1）
部分失败次数2（普通）
首次发射普通:
1996年6月4日ECA型:
2002年12月11日ES型:
2008年3月9日
助推器（Stage0）-P230型固态辅助火箭
火箭形式2枚
引擎1颗固态引擎
推力6,470千牛顿（1,454,510磅）
比冲275秒
推进时间129秒
燃料固态燃料
构造
亚利安五号运载火箭的低温主引擎为H158主引擎（ECA型则为H173）被称为EPC（EtagePrincipalCryotechnique,低温主引擎）,燃料槽长30.5米,分为两槽,分别装载液态氧130吨及液态氢25吨,而Vulcain引擎的基本型能产生115吨推力（1.13百万牛顿）,第一节空重约15吨。
在两旁的则是两枚固态助推火箭EAP,-P238（ECA型则为P241）,填装燃料后每枚重约277吨,并可提供约630吨的推力（6.2百万牛顿）,固态辅助火箭能像航天飞机的可以回收,在早期的测试飞行会被回收,但不重复使用。
第二节位于第一节之上,酬载舱之下,亚利安五号G型运载火箭使用EPS（EtageaPropergolsStockables,储藏推进节,英语:
StorablePropellantStage）,燃料为联氨（MMH）及四氧化二氮,然而ECA型使用ESC（EtageSuperieurCryotechnique,低温末端节,英语:
CryogenicUpperStage）,燃料则是液态氧及液态氢,酬载舱及末端节皆被整流罩包覆,达到足够高度就会分离。
亚利安五号G+型运载火箭使用EPS末端节,GS及ES型则使用EPS的改良型,EPS末端节能够重新点火,且测试过两次。
在2007年10月5日,在航班V26进行第一次展示,是于卫星部署成功后才开始测试引擎。
测试重新点火能力也是任务的一部分,于2008年3月9日,以两度点火将自动运载飞船送至圆形暂泊轨道,接着太空船分离,由末端节第三次将之送入低地轨道。
改良型
亚利安五号运载的原型由亚利安五号5G型（Generic）运载火箭复制而来,发射时重737吨,能酬载5970公斤的卫星至地球同步转移轨道（GTO）,最初记载为5970公斤,在实际飞行后评定能酬载6200公斤（一枚卫星）。
亚利安五号G+型运载改良了第二节,地球同部转移轨道的酬载能力达6950公斤（一枚卫星）,在2004年此型共发射了三次。
亚利安五号G+型运载火箭于2005年被GS取代,使用了和ECA型相同的EAP固态辅助火箭及改良巴尔干（Vulcain）1B引擎,可酬载6100公斤的卫星到地球同步转移轨道（一枚卫星）。
亚利安五号ECA型（EvolutionCryotechniquetypeA）运载火箭能酬载10000公斤（多枚卫星）至地球同步转移轨道或10500公斤（一枚卫星）,这个改良型使用新的巴尔干（Vulcain）2型引擎为第一节引擎,第二节则使用ESC-A（EtageSuperieurCryogenique-A）,并使用HM-7B引擎,重2100公斤和14000公斤的低温推进剂。
亚利安五号运载火箭的第二节曾被做为亚利安四号运载火箭的第三节,在ECA型中,燃料槽改良后将长度缩短。
而巴尔干引擎经过修改后变得更为长,更有效率的喷嘴使得推进剂的使用效率提升许多。
新的计算要求修改第一节燃料槽的长度。
除此之外,固态辅助火箭EAP部件也改用较轻的焊接金属团,因此可以装入较多的推进剂。
和亚利安五号G型运载火箭比较,ESC-A低温第二节的低地轨道酬载能力并无显著提升,也因如此,亚利安五号ECA型运载火箭将不用来发射自动运载飞船（ATV）。
亚利安五号ES-ATV型运载火箭（EvolutionStorable-）,主要功能是将自动运载飞船送至国际太空站。
此外,亚利安五号ES型运载火箭也综合所有改装后的配备,从亚利安五号ECA型运载火得到第一节主引擎EPC（法语:
EtagePrincipalCryogenique,低温引擎,英语:
cryogenicmainstage）和辅助火箭EAP（法语:
Etaged'AccelerationaPoudre,固态辅助火箭,英语:
solidrocketbooster）;第二节则是从亚利安五号GS型运载火箭所得到:
EPS（EtageaPropergolsStockable）。
预估亚利安五号ES-ATV型运载火箭可将21000公斤的酬载物送至低地球轨道（LEO）。
首次发射日期在2008年3月9日格林尼治标准时间04点03分。
未来发展
亚利安五号ECB型运载火箭计划停滞
亚利安五号ECB型运载火箭原本预计使用ESC-B的第二节,第三节使用新型的达芬奇（Vinci）加大的引擎。
地球同步轨道的酬载能力增加为12000公斤,但亚利安五号ECB型运载火箭计划被搁置是因为预算缩水。
在2005年10月,欧洲空间局在伯林的会议中并未提及重新开始或取消亚利安五号ECB型运载火箭的计划,也就是说此项计划只是被搁置。
达芬奇（Vinci）引擎原先计划用于ECB型的末端节,但研发进度迟缓。
因此,重新开始的亚利安五号ECB型运载火箭并不会在2008年欧洲空间局的会议完全加速研发。
固态辅助火箭（EAP）
用于亚利安五号系列运载火箭的固态辅助火箭（EAP,Etaged'accelerationapoudre）引擎也将持续的被用在织女星运载火箭,织女星运载火箭的第一节P80固态火箭引擎----是一种较短的固态火箭,P80固态火箭的外壳是石墨细丝环氧基（碳纤维）,比现在的不锈钢外壳材质还轻的多。
新型的综合操纵喷嘴也因为特殊的热流绝缘体材料和较为细致的管线（增加燃料的扩散效率）都被研发出来而得以实现,随后即是将这种新的组合拿去做全面的测试。
除此之外,新的喷嘴拥有电机械学的调动器取代了原本较重的水力学方法以向量控制推力。
上述这些增进或替换成新的材料在不久的将来运用在亚利安系列运载火箭上。
发射纪录
亚利安五号运载火箭（亚利安
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