小火箭聊世界上唯一在役的空射运载火箭

小火箭出品

本文作者：邢强博士

本文，小火箭将要和大家一起探讨的是飞马座这款世界上唯一在役的空射运载火箭。另外，在本文后半部分，小火箭会给出空射运载火箭到底能够节省多少燃料的计算并对飞马座运载火箭进行全箭流场分析。

总体

1990年4月5日，首枚飞马座空射运载火箭试射成功。其后不久，该火箭就高调亮相了。这是公众第一次见到“带翅膀”的运载火箭时的场景。

飞马座是一款三级固体运载火箭。火箭直径1.27米，其基本型全长16.91米，重18.5吨；XL型全长17.61米，重23.13吨。

按设计指标，该火箭可以将重量在443公斤以内的载荷送入500公里高的近地轨道上。

XL型听起来是不是有点像衣服的尺码？XL型的飞马座比基本型的飞马座长了一些。小火箭之前比较好奇究竟长在了什么地方。多谢一位小火箭好友提供了XL型飞马座的部分图纸。小火箭这才知道XL型飞马座火箭比基本型多了一段辅助动力段，见下图：

这一段长70.74厘米，回想飞马座的尺寸（基本型全长16.91米，XL型全长17.61米），这回算是对上了。

与火箭的翼面连在一起的是飞马座的第一级。

飞马座的尾翼采用全动式的倒Y型设计。这种3片尾翼的设计在某些反舰导弹上也能见到。

载机

早期，飞马座以B-52轰炸机的改进型号为平台。由B-52带上万米高空后释放。

飞马座运载火箭从1990年4月5日的首次试射到1994年，共有5次发射是从B-52载机上发射的。其中3次成功，2次部分成功。（所谓部分成功就是发射成功了，但是轨道高度比预定的低，卫星在轨寿命受到了影响。比如第2次发射，卫星的确上了天，但是轨道高度太低，设计寿命3年的卫星只飞了6个月就再入大气烧毁了。）

从1994年6月开始，轨道科学公司开始用他们购买的一架洛克希德L-1011客机当做飞马座空射运载火箭的载机了。

说起L-1011，小火箭觉得非常有必要多说两句。

洛克希德“三星”（Lockheed L-1011 TriStar）是一款中远程、宽体三发喷气式大型客机。L-1011是洛克希德公司研制的唯一一款喷气式客机，同时也是继波音747和DC-10后，世界上第三款投入商业运营的宽体喷气式客机。该机仍然没能打破笼罩在洛克希德公司头上的“只能做军机，不能发展民机”的魔咒，但是L-1011以其独特的外形与那个美妙的航空黄金时代一起，在世界航空史上留下了美好的回忆。

上图为在加利福尼亚棕榈谷洛克希德基地的总装工厂内，一架加拿大航空的L-1011和一架美国东方航空的L-1011在同时进行总装。

1970年，总装厂房外。洛克希德的员工和关心L-1011发展的人们聚集在一起，欣赏着L-1011飞机，讨论着首飞的事情。

L-1011是一款在技术上非常先进的客机。性能优异的导航系统和自动控制系统使得该机能够在零能见度的机场进行自主起降。高压焊接技术的引入使L-1011的机身有很强的抗腐蚀能力。详见小火箭的公号文章《L-1011：洛克希德唯一的喷气式客机》。

但是，从商业运营的角度来看，该机并不算成功。自1968年投产到1984年停产，共有250架L-1011走出总装厂投入运营。这个产量使得洛克希德公司难以在该项目上获得大量盈利。

如今，人们已经难觅L-1011的踪影。但是，该机终究还是给热爱航空的我们留下了深刻的印象。小火箭期盼那个航空的黄金时代能够早日归来。

一枚飞马座火箭正被一辆拖车拉到L-1011的机腹下方。

L-1011专门在机腹位置开了一个槽，以便容纳飞马座空射运载火箭翘起来的小尾巴。

这是在做什么？答：这是L-1011载机正在用机上的环境控制系统给飞马座运载火箭的整流罩内通冷气以便将载荷的温度控制在比较优化的范围内。

实际上，飞马座火箭的中部还有一个通气孔，用来接收从载机通过来的高纯度氮气。

载荷这么娇气？嗯，是的。

打开一枚飞马座火箭的整流罩，可以看到里面有一颗卫星（这是IBEX卫星）。注意看飞马座火箭整流罩的设计：头部那个圆盖是一体的，一个整圆，后半部分再成对分开。这是针对飞马座火箭的弹道特征和气动加热的效果做的设计，小火箭将在下文详细说。

IBEX卫星，全称Interstellar Boundary Explorer，也就是星际边界探测器。她是美国国家航空航天局NASA的一颗用来绘制太阳系和星际空间边界地图的探测器。她获得的数据多次震惊了科学界，并推翻了旧理论。以后小火箭努力在探测器专题中讲到她吧。

飞马座运载火箭是三级固体火箭，因此其在运输和保障的过程中比较省心。不过，当带上载荷进行测试的时候，就得小心呵护了。上图这枚飞马座火箭的头部钻到了一个无尘室中。

L-1011的起落架算是够长，能够在肚子上带了一枚火箭的情况下正常滑跑。

L-1011带着飞马座空射运载火箭飞上高空的样子。小火箭总觉得这是带了一枚空射弹道导弹上天。

换个角度看在机腹的飞马座火箭。

发射

我画了一张飞马座运载火箭的发射流程示意图。

从L-1011载机上释放后，火箭先自由下落5秒钟。这个设计是让火箭与载机相隔一定距离后再点火，以避免火箭与飞机发生相撞事故。有关该关键技术的讨论，小火箭曾经在公号文章《世界最大的飞机下线：重燃空中发射火箭热情》中与大家讨论过。

在12.31公里高（也就是地面上方1.231万米处）的地方，飞马座火箭的第一级点火。

1分34秒后，第二级点火，此时飞马座火箭已经飞到了71.41公里高的地方。

2分12秒后，飞马座火箭抛整流罩。火箭已经飞到了115.93公里高的地方，越过了100公里卡门线，进入太空。

6分48秒后，第三级点火，火箭距离地面486.81公里。

7分57秒后，飞马座火箭将卫星送入轨道。

这是L-1011载机释放飞马座火箭的瞬间。

释放5秒后，飞马座火箭点火。上图为一架伴飞的F/A-18战斗机拍摄的洛克希德L-1011与飞马座火箭奋力飞行的瞬间。

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