DARPA取消机载发射辅助空间进入项目简析.docx

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DARPA取消“机载发射辅助空间进入”项目简析

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中国航天系统科学与工程研究院贾平李辉

2015年11月底，美国国防部高级研究项目局(DARPA)取消利用改进的F-15战斗机发射小卫星的“机载发射辅助空间进入”（ALASA）项目，主要原因是空中存储单组元液体火箭燃料“一氧化二氮一乙炔”（NA-7）的安全性难以保障。但考虑到DARPA将致力于对NA-7进行安全性测试与认证，ALASA有可能在解决相关安全问题后被重启。

一、项目概况

1．需求与目标

传统的航天运输系统能力受发射地点、发射场数量、基础设施和进度安排能力等多种条件的制约，发射成本高昂、周期长，且机动性、灵活性不高，难以满足日益增长的空间快速响应发射、小卫星的蓬勃发展等需求。相比而言，空基发射系统具有发射位置灵活、轨道适应性强、对地面设施设备的依赖性低等诸多优势。多个空中发射项目均以24小时快速发射入轨作为目标，能快速补充失效或被击毁的小卫星空间网络，空中发射成为增强低成本快速响应空间能力的途径之一。2003年，DARPA开展了关于支持快速响应空间能力的研究，特别指出利用现有军用航空器在空中发射快速响应载荷的优越性，并确定了将响应时间从数月缩短至数小时的需要。

2011年11月，DARPA发布ALASA项目征询书，旨在研制更低成本、快速响应的小卫星空中发射系统，包括靶场等支持费用在内，以每次发射不超过100万美元的总成本（约为传统发射成本的1／3），将45千克以下的有效载荷发送至近地轨道，任务响应时间不超过24小时，能在12小时内转场执行下一次发射任务。

2．项目阶段

2012年，DARPA授予波音等6家公司第一阶段的研发合同。该阶段突破了三项关键使能技术：优化卫星发射过程的任务计划软件；利用现有空间遥测技术取代地面遥测来监控火箭飞行；实时监测飞行，必要时终止飞行的自动飞行终止系统。

2014年3月，波音公司被选为项目第二阶段的主承包商，获得价值约1.04亿美元的合同，负责建造并演示验证ALASA系统。火箭演示样机将采用商业航电和先进复合材料结构，以及新型单组元推进剂NA-7。按计划，项目将在测试推进剂成功后于2016年进行12次轨道发射，测试原型机系统。目前，波音虽已建立并验证了安全可靠地混合、存储和转移大量NA-7推进剂的流程，但如何安全地用作火箭推进剂仍面临巨大挑战。二、节约成本的技术方案：简化的机箭

布局和推进系统

机载火箭长7.3米，以外挂的方式挂载于F-15战斗机（图1），上升至约12千米后与载机分离，启动4个主发动机（图2），将有效载荷送入近地轨道。

1．第一、二级火箭由一组发动机推进，燃料箱耗尽后脱落

传统运载火箭的每一级均有各自的发动机和燃料箱，但ALASA火箭的第一、二级由同一组发动机推动，位于火箭的前端。4个发动机位于有效载荷下方，燃料箱位于发动机的下方，燃料耗尽后脱离火箭。此设计降低了火箭的质量和复杂性。

2．非专用发射平台，载机仍可执行原始战斗任务

AL．ASA项目对F-15战斗机进行简单改造后不会使其成为专用的空中发射平台，即不影响执行原始任务的功能（例如与初始武器系统采用同样的通信协议），且无需返回维修和支援，无需为发射做特别的集成准备，这是确保经济可承受性的关键之一。相比而言，1990年首次完成空中发射任务的轨道科学公司“飞马座”火箭利用改装的L-1011飞机作为专用发射平台，发射效费比不甚显著。

3．新型单组元液体推进剂使系统更简化、

相比于传统双组元推进剂，NA-7是采用预混合方式的单组元液体推进剂，不需将氧化剂隔离，系统将更简化，火箭可以携带更多有效载荷。NA-7推进剂是五角大楼追求高风险、高回报技术的典型代表，虽然高效，却也成为ALASA项目的难点。

三、取消原因：NA-7的空中存储安全难以保障

2015年4月和8月，波音进行了两次试验，研究NA-7在不同温度、压力和大气条件下的反应，其间推进剂均发生爆炸。截至2015年11月，DARPA已对火箭推进系统进行了4次小规模静态试车，均出现异常，结果表明需要进行额外试验以改进发动机设计，并从安全角度评估单组元推进剂混合的可行性。

以上试验表明，ALASA采用的NA-7单组元液体推进剂虽然效能高，却难以保障空中存储的安全性，DARPA考虑将其用于地面发射系统。但DARPA相信，若能安全利用NA-7将对相关航天工业和非航天工业具有开创性的意义，因此DARPA决定停止火箭技术样机的研制与后续空中发射试验，致力于单组元推进剂的安全性试验与验证。此外，静态试车出现异常表明发动机的设计也存在问题需要改进，可能是继推进剂安全问题后导致取消ALASA计划的次要原因。

四、后续计划：继续支持xS-1等小卫星发射计划