日本HTV(こうのとり白鹳)货运飞船发射记录

HTV货运飞船整体介绍

2009-2020

(こうのとり白鹳)

(H-II Transfer Vehicle)

总体设计概况:

  HTV是日本独立研制的无人货运飞船,其主要任务是向国际空间站运送补给。在日本得知美国的航天飞机即将退役,而日本在国际空间站上的希望号舱段的实验计划与日俱增的情况下,日本对拥有自己的货运飞船的渴望便愈发强烈。

2009年,HTV飞船的飞行试验取得成功。该飞船基本上呈圆柱体外形,直径4.4米,高约9.8米,空重10.5吨。HTV的上行载荷能力为6吨,约为俄罗斯“进步”号货运飞船的2倍,比“欧洲自动运载器(ATV)”的7.5吨的运载能力略低。

不过,虽然日本HTV飞船的运力低于欧空局的ATV,但是在细节上的设计考虑使其在执行货运任务时有比较独特的竞争力。HTV飞船的货舱舱口为1.27米×1.27米,比起和俄罗斯”进步”号飞船采用同源技术的欧空局ATV飞船的0.8米×0.8米尺寸的舱口来说,大了不少(面积为2.52倍)。这样一来,尽管HTV的货舱比ATV的要小一些,但是在运送大型试验设备的时候,ATV的舱口就成为了瓶颈,而HTV则能够把任务承接下来。

HTV飞船的庞大尺寸给日本的火箭带来了不小的压力。国际空间站的日本核心舱段”希望”号,是一个长11.2米、外径4.4米、内径4.2米的圆筒形状模组。HTV飞船的外径和希望号舱段相同,而长度仅仅短了1.4米,其发射质量高达14.5吨。因此,日本需要研制推力更强的火箭才行。

于是,H-IIB运载火箭应运而生。该火箭的研制与HTV货运飞船的研制同步进行。而2009年9月11日的HTV飞船的首次飞行试验同时也是日本H-IIB运载火箭的首次发射。H-IIB运载火箭是在H-IIA运载火箭的基础上开发出来的。H-IIA火箭主要用来执行地球同步轨道卫星的发射任务,其同步轨道运载能力为4吨。H-IIB运载火箭在H-IIA火箭的基础上,芯级增加了1台LE-7A发动机,变为了2台。助推器则由原来的2台增加为4台。这样,H-IIB火箭的同步轨道运载能力比H-IIA提升了50%,同时,其近地轨道能力增至16.5吨,刚好可以用来满足HTV飞船的发射。

对接自有特色:

与欧空局的ATV飞船不同,日本的HTV飞船的对接系统没有借用俄罗斯的技术,而是由三菱电机开发,尝试走日本自己的技术路线。HTV飞船的对接系统由近傍通讯系统、PROX天线、PROX-GPS天线、PROX沟通设备以及硬件指令面板构成。HTV飞船向依靠相对GPS定位技术飞到国际空间站下方。然后,在安装在国际空间站的日本核心舱段希望号下方的接收会合激光的反射器和飞船的激光雷达的共同作用下,实施会合机动。

当HTV飞船与国际空间站的相对距离为10米时,飞船关闭姿轨控发动机,开始进入“自由飘浮”状态,等待着被国际空间站上的航天员操纵的加拿大臂将自己捕获,并随后被拉到对接口位置实施对接。

(HTV飞船布置,非加压舱段的占比过大导致其巨大的发射重量下搭载的加压货物重量并不多,有得必有失,有舍才有得)


H-2B火箭介绍:

H2B火箭是日本大型主力火箭H2A的升级版本。H2B火箭长56.6米,重531吨,是使用液氧和液氢为推进剂的二级式火箭。由日本三菱重工业公司制造,是目前日本最大型的火箭。
H2B火箭是日本大型主力火箭H2A的升级版本。H2B火箭长56.6米,重531吨,是使用液氧和液氢为推进剂的二级式火箭。 H-2B型火箭发射重量为551吨,4台SRB-A改良型引擎,单台推力为2305千牛顿, 与H2A火箭3.7吨的地球同步转移轨道最大发射能力相比,H2B火箭的地球同步转移轨道最大发射能力约8吨,空间站转运飞行器轨道的最大发射能力达16.5吨。
H2B火箭的第一级火箭搭载有两台LE-7A液体发动机,同时装备了4个固体火箭推进器,两者的数量均为H2A火箭的两倍。H2B火箭还将第一级火箭的燃料箱直径由原来的4米扩大到5.2米,长度增加了1米,这使得燃料箱可装载的推进剂量增加到原先的约1.7倍。 可以说,上述这种使用数个相同发动机的集群化手法是H2B火箭提升运载能力的关键。另外这种方法使用性能已经稳定的发动机,可以令研发工作在短时间内以低成本完成。 日本研发H2B火箭的另一个重要目的是,组合使用H2A和H2B火箭,以满足更广泛的发射需求。此外,通过提高运载能力实现一枚火箭发射多颗卫星,就能够削减成本,使日本的航天产业更具活力。


H-2B火箭发射流程:

【0分0秒,火箭起飞(打上)】

【01分54秒,SRB-A(助推器)关机】

【02分04秒,SRB-A(助推器)分离】

【03分40秒,整流罩分离】

【05分47秒,芯一级关机】

【05分54秒,芯一级分离】

【06分01秒,二级燃烧】

【14分20秒,二级关机】

【15分11秒,船箭分离】

【飞船进入预定轨道】

(模拟图来源:朝日新闻。航天爱好者网整理

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