国外固体运载火箭主动力系统发展研究

孙勇强， 佟明羲， 王鹏飞， 曹熙炜， 吴亚东

(北京宇航系统工程研究所，北京 100076 )

0 引言

固体运载火箭采用固体发动机作为主动力系统，具有快速测试、简易发射、易于贮存等特点。欧洲、日本、美国自20世纪五六十年代就开始了固体运载火箭研制。2011年至2021年9月，欧洲的织女星(Vega)、日本的艾普斯龙(Epsilon)、美国的飞马座(Pegasus)、米诺陶(Minotaur)、金牛座(Taurus)5个型号系列的固体运载火箭共执行了40次发射。其中37次发射成功，3次发射失败。欧洲的织女星火箭发射19次，有2次失利；艾普斯龙发射4次；飞马座XL发射5次；米诺陶系列(含米诺陶C)发射11次；金牛座进行了1次未成功的发射，更名为米诺陶C后，于2017年执行了1次成功的发射任务。

1 国外固体火箭主动力系统概述

1.1 织女星

织女星是欧洲航天局于1998年开始推动研制的固体运载火箭，火箭于2012年2月13日执行首次飞行试验。火箭高约30.1 m，直径3 m，起飞质量约136.8 t，500 km太阳同步轨道运载能力约为1 435 kg。织女星火箭自首飞至今，经历了两次失利，2019年7月11日第15次飞行任务的失利是第二级固体发动机Zefiro23燃烧室前封头绝热层故障导致的。2020年11月17日的飞行失利是液体上面级极性错误导致的。

织女星火箭第一级采用直径3 m的P80FW固体发动机，第二级采用Zefiro23发动机，第三级采用Zefiro9A发动机，如图1所示。发动机的主要性能如表1所示。

图1 织女星系列火箭主动力构型Fig.1 Vega series launch vehicle solid rocket motors

表1 织女星各级发动机参数[1]Tab.1 Vega solid rocket motors characteristics[1]

三级发动机均使用带复合裙的碳纤维/环氧复合材料壳体，燃烧室绝热层使用添加芳纶纤维和玻璃空心微球的低密度三元乙丙橡胶，推进剂为HTPB1912丁羟推进剂，喷管为潜入式柔性摆动喷管。……