“阿里安-1”开启欧洲商业航天大门

文/林麟 诗羽

20世纪70年代，欧洲各国决定在太空探索领域展开更进一步的合作，并于1975年成立了一个新的泛国家组织来承担这一使命，即欧空局。在此之前的一段时间里，法国一直在游说欧洲各国联合开发“第三代替代运输器”，以替代早期的“欧罗巴”系列运载火箭。

1973年9月21日，法德两国正式签署“第三代替代运输器”开发协议，目的是用运载火箭将商业卫星送入地球轨道。而同期的运载火箭大部分是服务于军队或政府机构，甚至是由弹道导弹改装而来。

“第三代替代运输器”作为一个跨国研制项目，被视为是对欧空局的一次重要考验，这一项目的命运在当时对欧空局的未来将产生至关重要的影响。

▲法国航空航天博物馆中的“阿里安-1”模型

研制历程

法国可以说是“第三代替代运输器”项目的最大利益相关者，因此法国的相关企业担任了这一项目的主承包商，负责火箭的总体生产与设计工作并研发火箭的第一、二级发动机。第三级发动机由法国和德国联合研制，英国和瑞典的部分企业也参与了这一项目。

在项目推进过程中，研究人员认为“第三代替代运输器”这一名称缺乏公众吸引力，因此，决定在“猎户座”“凤凰”“天琴座”“织女星”等候选名称中为其选择一个正式的名称。最终法国工业和科学发展部部长让·夏博内尔选择了“阿里安”，这个女性名字寓意着：喜创造和艺术，不喜墨守成规。

1974年中期，由于“阿里安”项目耗资巨大，同时法国正在研制的其他几个太空项目出现延误或资金短缺，导致法国政府需要向法国国家空间研究中心提供更多的资金，因此“阿里安”火箭的研制工作曾一度暂停。

▲“阿里安-1”的局部构造

“阿里安”的第三级使用液氢液氧发动机，而在此之前仅有美国曾在上面级使用过，技术上面临着巨大挑战。虽然在研制过程中发动机在点火测试时出现了一些问题，但并没有影响到“阿里安-1”的总体研制进程。后来，欧空局决定，在“阿里安-1”正式开始执行商业发射任务之前，应先进行4次测试飞行，相关企业虽然可以使用这4次发射中的有效载荷空位，但并不能确保任务的成功。

为了承担“阿里安-1”的发射任务，位于南美洲的法属圭亚那航天中心进行了大幅度改造，此前用于发射“欧罗巴”火箭的发射台被重新命名，并换用了高度更低的基座和更高的勤务塔。

“阿里安-1”的生产工作由法国宇航公司承担，火箭的每个分段由驳船通过塞纳河运送到法国北部的海港城市勒阿弗尔，再由远洋货轮穿过大西洋运送到法属圭亚那，最后通过公路和铁路将火箭组件运送到航天中心进行最终的总装工作。总装工作完成后，火箭将通过移动发射平台移动到发射台，并储存在一个全封闭的服务塔中，在此安装有效载荷并进行燃料加注和最终检查。

▲“第三代替代运输器”的早期设计方案

▲“阿里安-1”的整流罩

▲“阿里安-1”第一级使用的“维京-2”发动机

在“阿里安-1”进行首次发射之前，有一些来自美国和英国的质疑，认为各国为这一项目付出的努力是一种“昂贵的放纵”，可能是“不必要的”。这是因为美国宇航局开发的可重复使用航天系统——航天飞机即将投入使用，这可能将使“阿里安”系列火箭失去竞争优势。在1979年初，“阿里安-1”仅有3位客户。在同年年底，通信卫星运营商国际通信卫星组织被说服下达了一个订单，要求使用“阿里安-1”发射两颗该机构研制的通信卫星，这被认为是“阿里安”系列火箭的重大突破，因为来自国际通信卫星组织的航天发射订单巨大，而这一组织当时主要计划由“阿里安”的竞争对手——美国的航天飞机作为发射其通信卫星的主要航天器。而在宣布这一消息的一周之后，欧空局便宣布将生产10枚阿里安-1运载火箭。

设计与结构

阿里安-1运载火箭全长约47.4米、最大直径约3.8米、最大起飞质量210吨，近地轨道运载能力4.85吨，地球同步转移轨道运载能力1.85吨。

有意思的是，“阿里安-1”到底算是三级还是四级火箭，一直存在争议。该火箭为了将卫星从地球同步转移轨道运送到地球静止轨道，特意配备了推进部署系统，但一般不把它算作火箭结构，而是归类在有效载荷中，所以主流观点认为“阿里安-1”是三级火箭。

▲“阿里安-1”从改造后的法属圭亚那航天中心发射台发射升空

“阿里安-1”的第一级结构重量约13.3吨，装有约14.7吨的四氧化二氮/偏二甲基肼推进剂，配备了4台欧洲推进公司开发的“维京-2”发动机，单台最大推力约690千牛。而第二级则配备1台“维京-4”发动机，结构重量约3.9吨，装有约3.4吨的四氧化二氮/偏二甲基肼推进剂，最大推力约720千牛。第三级则是1台采用液氢液氧推进剂的HM7-A低温涡轮发动机，最大推力约61千牛。用于将卫星从地球同步转移轨道运送到地球静止轨道的推进系统由1台“法师-1”固体火箭发动机承担，采用端羟基聚丁二烯推进剂，最大推力约20千牛。

“阿里安-1”的电子设备舱位于箭体上部，装有用于制导、控制、程序遥测、自毁和跟踪等所需的电子设备，重约325千克，这些设备分布在箭载计算机周围。整流罩约重850千克，在火箭穿过大气层时用来保护有效载荷，其下部尾段由可透过无线电波的材料制成。

服役历程

为了急需证明“阿里安-1”的可靠性和商业价值，欧空局要求其必须在1979年底前进行首次发射。“阿里安-1”的首次发射任务定于1979年12月15日，并在发射前38小时开始进行倒计时。但是在发射前1小时出现了技术问题，导致发射中止。欧空局不希望“阿里安-1”的首次发射任务因此推迟到1980年，于是决定尝试第二次点火发射。然而，当倒计时达到零时，发动机点火后3秒，由于传感器的错误信息显示发动机压力一直在下降，箭载计算机自行决定切断发动机推进剂供给，此次发射中止。

再次发射的日期定在了12月23日，但由于天气问题延期至24日。当天，时任法国总统吉斯卡尔·德斯坦亲自按下发射按钮，“阿里安-1”携带由意大利航空公司制造的有效载荷——“测试仪器系统”升空，发射取得圆满成功。这可以称得上是“献给全欧洲以及法属圭亚那航天中心数千名参与‘阿里安-1’开发、生产、发射任务的工人们的圣诞礼物”。“测试仪器系统”的主要任务是详细测量火箭上升阶段的各项关键数据，如噪音、应力、加速度、温度和压力等。这一系统还被设计用于模拟真实的卫星有效载荷，被成功送入近地点约182千米、远地点约35824千米的地球同步转移轨道上。“测试仪器系统”的成功部署标志着曾经被美国垄断的商业卫星发射市场向欧洲打开了大门。而在“阿里安-1”首飞成功后不久，法国国家空间研究中心与欧空局于1980年3月26日合资成立了一家新公司，旨在促进、营销和管理“阿里安”系列运载火箭的研发、测试、生产、发射工作，并将这一公司命名为“阿里安航天”。

“阿里安-1”在1980年5月23日进行了第二次发射，火箭起飞后不久因第一级上的一台“维京-2”发动机燃烧不稳定而宣告失败。此后1981年6月19日的第三次发射取得成功，将3颗卫星送入轨道。而同年12月20日第四次也是最后一次资格认证发射同样取得了成功。

然而，在1982年9月10日进行的第五次发射，也是“阿里安-1”执行的首次商业发射任务中，火箭在起飞7分钟后由于第三级发动机的一台涡轮泵出现故障，火箭停止工作，有效载荷未能入轨，任务宣告失败。首次商业发射的失败给“阿里安-1”的前程蒙上阴影，并引发了一系列针对“阿里安”项目的批评。

▲“阿里安-1”的内部结构示意图

▲“阿里安-1”执行第十次发射任务，成功将“乔托”哈雷彗星探测器送入太空

▲即将执行首次发射任务的“阿里安-1”

在完成此次失败的全面审查，并对第三级进行了重新设计后，“阿里安-1”于1983年6月16日顺利执行了第二次商业发射任务，成功将两颗卫星送入轨道。此后，“阿里安-1”又进行了6次发射，全部取得成功。这也使得“阿里安”系列运载火箭的订单迅速增加，到1984年初，“阿里安”系列火箭总共获得发射27颗卫星的订单，占当时世界商业发射市场的一半。由于在商业发射上取得成功，“阿里安-1”在执行第十次发射任务、成功将“乔托号”哈雷彗星探测器送入太空后，欧洲空间局将“阿里安”系列火箭的发射权限完全移交给了阿里安航天公司。

随着卫星尺寸、重量的不断增加，“阿里安-1”的运载能力渐显不足。1986年2月22日，“阿里安-1”执行第十一次、也是最后一次发射任务，将两颗科学观测卫星成功送入轨道，完成了其历史使命，将未来交给了它的后续型号。“阿里安-1”的成功，为这一系列运载火箭打下了坚实的基础，使“阿里安”系列运载火箭在很长一段时间内占据了世界商业航天发射市场的主导地位。