25-28 阿金纳：最早的上面级_迟惑.pdf

文/迟惑阿金纳：最早的上面级“阿金纳”用于驱动载人空间站目标飞行器“阿金纳”是最早的火箭上面级，也是美国早期军用卫星发射和在轨运行的重要动力。“阿金纳”的变型非常之多，不做一番百科全书式的陈述，人们往往是搞不清楚这个家族成分的。不过，这也正好让人们了解，上面级这种事物是为什么而生。SPACE EXPLORATION 2023.03|25 形形色色上面级专题“多面手”的阿金纳阿金纳的军用编号是 RM-81，最初由洛克希德公司为 WS-117L 侦察卫星项目开发。因为当年的电子技术并不发达，照相侦察卫星还必须携带胶卷舱，拍摄完成后送回地球，因此卫星本体相当庞大沉重，仅仅依靠运载火箭的力量无法把它们送进预定轨道。在型号发展过程中，美国空军发现，想把各种侦察用途放在 WS-117L一个项目里是不现实的。于是 WS-117L 被拆分为照相侦察的“萨摩斯”和“科罗纳”（后来改名为“发现者”），以及用于导弹预警的“米达斯”。不过阿金纳被保留下来，承担了所有这些卫星的上面级任务。后来还用于美国宇航局的双子座载人飞船交会对接技术演示，充当目标飞行器的推进舱。阿金纳上面级适配过宇宙神、雷神和泰坦 IIIB 火箭，还曾经被考虑用于航天飞机。阿金纳各型从 1959 年 2 月28日开始发射，一直用到1987年2月，共发射了 365 枚。其中只有 33 枚是为美国宇航局服务的，其他服务于军用卫星。在有些任务中，卫星直接装在阿金纳的标准舱壁前方，由后者提供电力、通信和三轴稳定姿态控制。不过也有的卫星在发射后与阿金纳分离，自己承担飞行任务。随着时代发展，阿金纳经历了两次升级，用来支持更重、更复杂的卫星，例如带有多个胶卷舱和更大相机的科罗娜侦察卫星。阿 金 纳 这 个 名 字 是 美 国 国 防部高级研究计划局（也就是后来的DARPA，当时叫做 ARPA）确定的。此前，它的名字叫做“半人马座贝塔星”（Beta Centauri），是夜空中排名第十的亮星。不过 ARPA 建议采用这颗恒星的另外一个名字“阿金纳”，因为它将“在天空中点燃”，符合洛克希德公司用恒星现象来命名产品的传统。阿金纳的特点阿金纳的直径为 1.5 米，具备三轴稳定能力，这对图像侦察来说是极其必要的。阿金纳采用贝尔航空系统公司研制的 XLR81 发动机，采用人们熟悉的偏二甲肼和硝酸作为推进剂。早期阿金纳上面级用来发射侦察卫星26|2023.03 SPACE EXPLORATION形形色色上面级专题这两种燃料不但可以在常温常压下存储，而且可以自燃，不需要点火系统，简化了发动机设计。因此，XLR81 发动机可以在地面无线电指令的控制下，在轨道上多次重启。这台发动机原来是用在康沃尔B-58 超音速轰炸机上的。这种上世纪 50 年代研制的超音速轰炸机可以携带一种 MB-1C 吊舱，里面装着核弹头。但是 MB-1C 的设计不太成功，于是康沃尔公司打算实施改进，在后面装一台火箭发动机，把它变成一枚核火箭。这个计划当然也不可能成功，但是 XLR81 发动机却研制成功了。阿金纳 A 使用的具体型号是贝尔 8048（XLR81-BA-5）发动机，该发动机可在两分钟内产生 69 千牛的推力。XLR81 的铝合金结构比较著名。火箭发动机的喉部和喷管采用了所谓的再生冷却模式，但是因为喉部的抛物线形状，在这里为燃料钻孔有很大的困难，毕竟钻头是直的。于是，贝尔航空系统公司的工程师通过将冷却通道布置成“一片式圆形双曲面”形状，解决了问题。阿金纳偏航方向姿态测量由一个惯性参考系统实现，里面包括 3 个陀螺仪、两个水平传感器和冷却用的氮-氟利昂混合物微射流器。俯仰和滚动姿态测量由两个密封的积分陀螺单元实现。速率陀螺单元通过感测轨道速率来确定偏航误差。俯仰和滚动陀螺误差由地平线传感器校正，由太阳和恒星敏感器提供参考。这使得阿金纳具备很高的指向稳定性，从而使科罗娜卫星的相机能实现更好的地面分辨率。由于阿金纳的设计目的是在绕地球运行时在太空中保持固定方向，因此设计了一种被动热控制系统。早期阿金纳的主要电力来源是过氧化银锌电池，从 20 世纪 60 年代初开始，阿金纳上安装了太阳能电池阵列。测控通信功能由一个 S 频段转发器实现，它能接收地面命令序列（图像运动补偿、改变姿态等），存储起来陆续执行。型号家族阿金纳 A阿金纳 A 是阿金纳家族的第一种型号，配用雷神和宇宙神火箭，主要从范登堡空军基地 75 号工位和阿格洛角 1 号发射工位发射到极地轨道。另 贝尔 8048 发动机 阿金纳上面级发动机与壳体结合的过程 贝尔 8048 发动机用于阿金纳上面级SPACE EXPLORATION 2023.03|27 形形色色上面级专题外，还在卡纳维拉尔角的 14 号发射场搭配宇宙神火箭发射了两次。1959 年至 1961 年间发射了 18 枚阿金纳 A，都是为“发现者”“米达斯”和“萨摩斯”侦察卫星计划服务的。阿金纳 B1960 年，洛克希德公司引进了改进的阿金纳 B。它改用贝尔 8081发动机，可产生 71 千牛的推力。这种上面级具备了在轨多次点火的能力，所携带的燃料也更多一些，发动机累计工作时间可以达到 4 分钟。阿金纳 B 服务于萨摩斯-E、萨摩斯-F和米达斯预警卫星、游骑兵号月球探测器、水手号行星探测器。阿金纳 B的第一次飞行是 1960 年 10 月 26 日“发现者 16 号”的发射，但没有成功。直到1961年7月12日的“米达斯3”，阿金纳 B 才得到了再次飞行的机会。阿金纳 B 的最后一次飞行是 1966 年6 月 7 日发射的 OGO3 卫星。总共发射了 75 枚。阿金纳 D阿金纳 D 是洛克希德公司工程执行官劳伦斯爱德华兹在 1962 年提出的。此前的每一枚阿金纳都是单独定制的。爱德华兹建议将阿金纳的基本配置标准化，并根据有效载荷要求，增加附加功能。当时，五角大楼也希望阿金纳能与泰坦火箭配套使用。因为当时的另外两种火箭雷神和宇宙神故障率高得不可接受。这促使人们提出用改善运载火箭的标准化水平来提高可靠性。经过一番研究工作，阿金纳 D 的标准化包括如下内容：阿金纳 D 的通用配置包括四个分系统，主要制导、信标、电力和遥测设备；一个标准有效载荷控制台；位于发动机上方的后机架，用于插入式安装可选设备，如太阳能电池板、搭载小卫星；贝尔航空系统公司的发动机，可在太空中重启 16 次。阿金纳 D 直径为 1.5 米，长度为 6.3 米，电池容量 19500 瓦时。截至 2014 年，阿金纳 D 是美国发射次数最多的上面级，从 1963 年 6月 28 日首次发射锁眼 4 七号星开始，共发射了 269 枚阿金纳 D。洛克希德公司为此建立了一条专门的生产线，每年生产 40 枚。爱德华兹一直负责工程设计长达几年时间，直到美国空军宣布阿金纳 D 投入使用，技术状态冻结。到退役时，阿金纳 D 的可靠性超过了 95%。雷神-阿金纳组合的最后一次飞行是在 1972 年，当时它发射了一颗锁眼 4B 卫星。1978 年，阿特拉斯-阿金纳 D 采用翻新的阿特拉斯 F 火箭，发射了 Seasat 卫星。此后，阿金纳 D 还用于发射锁眼-7 和锁眼-8 侦察卫星、3 个水手号金星探测器、两个水手号火星探测器。1987 年 2 月 12 日，最后一枚阿金纳 D 由泰坦 IIIB 火箭发射，把最后一颗 SDS-1 卫星送入轨道。阿金纳目标飞行器阿金纳目标飞行器以阿金纳 D 为基础，增加了相应设备来支持双子座计划的交会对接活动。它配备了一台贝尔航空公司的 8247 型发动机，该发动机可在宇宙空间重复点火 15 次之多。在实际任务中，当双子座飞船与目标飞行器对接后，阿金纳的发动机启动，把组合体推动到更高的轨道，然后再返回。在双子座 11 号任务中，组合体一度达到了远地点为 1375 千米的椭圆轨道，创下了载人航天飞行的高度纪录，直到阿波罗 8 号（首次载人奔月任务）超过这个纪录。20 世纪 70 年代初，洛克希德公司研究了在航天飞机货舱里安装阿金纳，用于有效载荷入轨的可能性。考虑到航天飞机的货舱直径很大，洛克希德公司设计了一种直径增大的阿金纳 C，但从未建造。此后，还设计过一种全面现代化的阿金纳 2000，准备用在轻型版宇宙神 5 火箭上。随着这种火箭的下马，阿金纳 2000 也失去了问世的机会。责任编辑：夏丹“阿金纳”在发射侦察卫星时，也会搭载一些小卫星 早期阿金纳上面级没有实现标准化，发射一次定制一次 阿金纳 B 上面级28|2023.03 SPACE EXPLORATION形形色色上面级专题