空中发射是一种通过机载发射系统在空中释放导弹的技术。[1]这一技术允许在较高高度和速度条件下,将运载火箭与飞机分离,随后运载火箭自由飞行一段时间后,第一级发动机点火,最终将有效载荷送入指定轨道。随着质量喷射预压冷却技术的发展,飞机的脉冲推力得以增强,从而提高了运载火箭的飞行速度,为空中发射提供了可能性。
技术发展
国外技术
美国空军航天司令部(AFSPC)在2003年的研究报告中指出,空中发射是未来理想的一种低成本、快速响应的航天运输关键技术。[2]自1990年起,美国开始使用“飞马座”火箭进行商业发射操作。目前,美国的空中发射研究主要集中于F-15、C-17、B-1和B-52等型号的飞机。早期的“飞马座”火箭由B-52轰炸机搭载,后来轨道科学公司购买了L-1011运输机作为新的载机。在投放过程中,飞机飞行高度约为11,900米,飞行马赫数为0.8。借助特殊设计的三角翼提供的空气动力学特性,“飞马座”火箭能够在稳定状态下将有效载荷送入预定轨道。
俄罗斯在1998年提出了以An-124运输机为载机的空中火箭计划,旨在发射两级运载火箭。马可耶夫设计局提出的方案包括基于“静海”3A或“里夫”MA运载火箭的空间运输系统,使用伊尔-76MD、An-124或安-225货运飞机作为发射平台[3]。火箭放置在机身内部,通过空中投放,利用降落伞减速后再点火启动。其中,“静海”3A具备超过600千克的低地球轨道有效载荷能力,而“里夫”MA的有效载荷能力可达近1000千克。2004年,俄罗斯空中发射公司获得了改装四架An-124-100型运输机用于航天发射的许可。根据方案,俄罗斯空中发射公司将使用改装后的An-124-100型鲁斯兰远程运输机作为载机,携带长达30米、重达100吨的“飞行”号两级运载火箭飞至海拔11千米的高空。在预定位置,飞机尾部的舱门将开启,形成长条状的“斜坡”,位于机舱内的火箭尾部将露出舱口。接着,飞机机身逐渐倾斜,直至与水平线成76度夹角时,大功率活塞将火箭推出舱口,沿“斜坡”滑出。此时,运输机执行紧急上升动作,迅速与火箭分离。火箭上的降落伞随即展开,维持火箭的飞行姿态。大约六秒钟后,降落伞脱离,一级火箭发动机产生约190吨的推力,使“飞行”号以3.8千米/秒的速度飞向预定的太空轨道。该项目预计将投资1.3亿美元,建成后的发射能力将达到3吨有效载荷送入近地轨道,每千克有效载荷的发射成本低于5000美元。