美国研制GO1小型超声速运载火箭
美国时代轨道发射服务公司正在研制用于亚轨道研究和超声速飞行试验的小型超声速运载火箭“GO发射器1”(GO1),旨在填补美国空军自1968年取消X-15计划后遗留的高速大气试验能力的空白。X-15可以说是有史以来飞的最快和最高的有人驾驶飞机,该机由B-52载机带入高空后投放,然后依靠本机携带的燃油飞行80~120s,接着进行无动力滑翔,最后利用机轮和滑撬在跑道上降落,当时X-15的设计目的是要探索高超声速飞行可能遇到的各种问题。

挂载在一架改装的DC-10运输机机腹下带到空中发射的GO3。
X-15和X-51A
X-15曾创造的马赫数6.72的速度和10.8km升限的世界纪录,至今仍未被打破。X-15的试验几乎涵盖了大气层边缘和高超声速研究的所有领域,不仅取得了大量有价值的高超声速飞行气动力和气动加热的实测数据,为美国后来的有人太空飞行计划和航天飞机的发展提供了极其珍贵的试验数据,还先后培养了8位航天员。但是由于3架X-15飞机先后遭到严重毁坏,美国空军于1968年1月取消了X-15计划,这就使高速大气试验能力,至今仍为空白。
2004年,美国空军提出要研制全球快速打击武器,波音公司与普惠公司曾经参与其中,联合研制了X-51A高超声速巡航飞行器。在2010年5月进行了第一次部分成功的试飞和第二次、第三次均以失败告终的试飞后,在2013年5月终于成功地完成了第4次试飞。在第4次试飞中,X-51A同样由一架B-52H轰炸机带至15km高空后脱离母机,随后由一台固体燃料助推火箭在26s内加速至马赫数4.8,接着抛掉助推火箭起动自带的超燃冲压发动机,在18.3km高空加速至马赫数5.1,最终按计划坠入太平洋,动力飞行时间为240s。但是,美国空军后来终止了该计划,而X-15A的后继机也就至今再未出现。
GO1的基本特点
GO1是一种单级液体火箭,使用液氧和煤油燃料,重量约1090kg,能携带130~450kg的有效载荷,采用高机翼和后襟翼的设计,用于从母机发射后的拉起机动和维持低迎角下的巡航飞行,所用的火箭发动机在海平面的推力为22kN。
GO1挂载在改装的“湾流”III公务喷气机机腹下,带到高空后发射。GO1的设计飞行包线为高度15~37km,速度为马赫数4~8。除了投送小型有效载荷到亚轨道用作微重力研究外,GO1还将用于多种高速大气试验,包括高空微重力飞行试验和不同马赫数、高动态压力的超声速飞行试验,采用吸气式推进系统的自由飞行器、替代类似于X-51A的高超声速飞行器,以及替代美国国防预研局(DARPA)的HTV-2火箭助推高超声速滑翔飞行器。
GO1在作为一种超声速巡航试验飞行器时,能在25925m高空,以马赫数6、动态压力47.85kPa持续飞行1 min。尽管1 min的飞行时间对于达到结构热平衡还是太短,但足以得到稳定的状态,很适合用来试验高速推进系统,而不必依赖受测推进系统的推力、控制或数据等条件,从而能够仅依靠常规的保障条件就可以提供低成本、高频次使用的高马赫数、高动态压力的飞行试验能力。
研制计划
美国时代轨道公司的GO1现在已经在美国俄亥俄州莱特·帕特森空军基地的三声速风洞中进行了一系列5.3%缩比模型的风洞试验,风洞速度从马赫数0.23到马赫数3,用于验证飞行器的基本空气动力性能。
今年9月,GO1将在美国空军研究实验室(AFRL)的路德维希管风洞中进行试验,风洞试验模型设计包括可移动的操纵面和模块化的有效载荷,可以进行不同操纵面偏转角和不同有效载荷形状的试验。轨道公司同时还制造了一架5.3%缩比的“湾流”III飞机模型,将于10月在美国卡尔斯潘公司的跨声速风洞中进行“湾流” III飞机挂载GO1的空气动力学和火箭分离试验。
在地面试验完成后,根据AFRL的合同,轨道公司在11月会将全尺寸的GO1无动力模拟飞行器运往美国国家航空航天局(NASA)的阿姆斯特朗飞行研究中心进行飞行试验。GO1无动力模拟飞行器不仅有真实飞行器的外形,重量也与真实飞行器相同。试验时,GO1无动力模拟飞行器将挂装在一架“湾流”III的机腹下带到高空,最终达到约11km高度、发射迎角300°、飞行速度马赫数0.7的发射条件。计划中还包括模拟任务临时中止的试验,以为下一步的分离试验提供数据。
在以上试验完成后,轨道公司将于11月完成用于地面点火试验的GO1全尺寸原型飞行器的总装,包括液体燃料箱、发动机、加压系统、推进剂输送系统和航空电子设备以及工装等设备。然后在爱德华空军基地进行地面点火试验,验证飞行器在部件集成后的总体性能,从而为正式的有动力飞行试验铺平道路。
按目前的计划,“湾流”III飞机机腹下挂载带动力GO1的首次飞行试验,将于2019年年初在离佛罗里达州海岸200 n mile的海域上空进行,预计GO1以马赫数6的持续飞行速度至少飞行5s,以证明GO1从载机上发射的基本可操作性。轨道公司认为,在波音公司的X-51A“乘波者”高超声速飞行器之后,还没有人能够做到这一点。

GO1的5.3%缩比模型在AFRL的三声速风洞进行基本空气动力性能试验。
轨道服务公司还在计划研制后续的较大的GO3小型卫星运载火箭。这将是一种两级液体燃料飞行器,能够将近500 kg的有效载荷送到太阳同步轨道,预计将在2020年左右由一架改装型DC-10运输机带到高空发射。

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