亞利安5號運載火箭

亞利安5號運載火箭是歐洲開發的大型運載火箭，用於將人造衛星等酬載發射到地球同步轉移軌道（GTO）或低地球軌道（LEO）。亞利安5號運載火箭由歐洲航天局及法國國家太空研究中心出資建造，空中巴士集團為主要承包商與建造者，同時也整合下游承包商。阿丽亚娜航天公司負責經營及銷售阿丽亚娜火箭。太空載具公司則在歐洲建造火箭及在蓋亞那航天中心發射火箭。 亞利安4號運載火箭雖然十分成功，但其研發耗费了十年时间和70億元资金，使阿丽亚娜太空公司無法直接从中獲利。阿丽亚娜5型火箭從第一次發射成功后即進行改良，由其衍生的型号有G、G+、GS、ECA及最新的ES。歐洲航天局原先計劃用阿丽亚娜5型火箭發射小型的載人航天飞机赫尔墨斯号，並按照“載人等級標準”來建造，當歐洲航天局將赫尔墨斯計劃取消後，阿丽亚娜5型運載火箭才被完全用于载物。 兩枚人造衛星可以選擇使用SYLDA貨架以相互堆疊放置；三枚人造衛星則使用SPELTRA；如超過八枚人造衛星，通常是實驗衛星或微型衛星，可使用ASAP平台來承載如此多的人造衛星。 协调世界时2023年7月5日22:00，阿丽亚娜5型火箭执行了最后一次发射任务，将Syracuse 4B与Heinrich Hertz两颗人造卫星成功送入地球同步转移轨道后宣告退役。欧洲航天局将与其成员国和工业伙伴合作，以阿丽亚娜家族中最新的运载火箭阿丽亚娜6号接替阿丽亚娜5号，为相应的航天发射市场继续服务。 亞利安5號運載火箭的低溫主引擎為H158主引擎被稱為冷凍技術主引擎，在引擎上方則是一個長30.5公尺的燃料槽，內部又細分成兩個部分，裝有液態氧130噸及液態氫25噸，而火神引擎基本上只能產生142噸推力，無法獨力將重達189噸的第一節送上太空，需要固態輔助火箭的協助才能完成任務。 位於主燃料槽兩旁的兩枚固態輔助火箭EAP-P238，填裝燃料後每枚重約277噸，並可提供約722噸的推力，固態輔助火箭能像太空梭的固態輔助火箭回收並重複使用，而不同的是亞利安5號運載火箭的固態輔助火箭回收只用於發射後分析而不重複使用，回收分析的固態輔助火箭會被拖回蓋亞那太空中心做進一步分析與研究，不過有時候定位失常，例如2000年的時候，固態輔助火箭的鼻錐被海浪沖到南德州的海灘上並被海灘活動的民眾搶先取得，造成民眾誤認有不明飛行物到訪的現象。固態輔助火箭有許多技術從M51潛射彈道飛彈轉移而來。 第二節位於第一節之上、酬載艙之下，亞利安五號G型運載火箭第二節使用的燃料為聯氨及四氧化二氮；然而ECA型第二節使用的燃料則是液態氧及液態氫，酬載艙及第二節皆被整流罩包覆，達到100公里以上的高空就會就會分離。 亞利安5號運載火箭的原型為亞利安五號G型運載火箭，發射時重737噸，可以將總重6100公斤的數顆人造衛星送至地球同步转移軌道，如果是單一顆人造衛星則可以提升至6900公斤，此型號在1996至2003年間發射過17次，並有1次失敗和2次部分失敗的紀錄。 亞利安五號G+型運載火箭改良了第二節，地球同部转移軌道的酬載能力達單顆7100公斤或是多顆衛星總重6300公斤，此型號只在2004年發射了三次，沒有失敗紀錄。 亞利安五號GS型運載火箭於2005年取代G+型，使用了和ECA型相同的EAP固態輔助火箭及改良版火神1B引擎，目的是為了ECA行做發射準備，也因為第二節的引擎做變更，所以可以酬載的重量也略微下降，只能酬載單一衛星6600公斤與多顆衛星5800公斤。此型號在2005至2009年間發射過6次，沒有失敗紀錄。 亞利安五號ECA型運載火箭能酬載多枚總重9100公斤的衛星或是一枚9600公斤的衛星至地球同步转移軌道，這個改良型使用新的火神2型引擎為第一節引擎，第二節則使用ESC-A，並使用HM-7B引擎。回顧過往，亞利安5號運載火箭的第二節曾被做為亞利安4號運載火箭的第三節，在ECA型中，燃料槽改良後將整體長度縮短。而火神引擎經過修改後變得更為修長，使得推進劑的使用效率提升許多。除此之外，固態輔助火箭EAP部件也改用較輕的銲接金屬團，因此可以裝入較多的推進劑。和亞利安五號G型運載火箭比較，ESC-A低溫第二節的低地球軌道酬載能力並無顯著提升，也因此亞利安五號ECA型運載火箭將不用來發射自動運載飛船。 亞利安五號ES型運載火箭，主要功能是將自動運載飛船送至國際太空站。此外，亞利安五號ES型運載火箭也綜合所有改裝後的配備，從亞利安五號ECA型運載火得到第一節冷凍技術主引擎和輔助火箭EAP，第二節則是沿用亞利安五號GS型運載火箭的部分。亞利安5號ES-ATV型運載火箭可將21000公斤的酬載物送至低地球軌道。首次發射日期時間是2008年3月9日格林尼治標準時間04點03分。至2018年最後一次飛行共發射過8次，沒有失敗紀錄。 亞利安5號運載火箭GS型截面圖 亞利安5號運載火箭ECA型截面圖 原定計畫在2006年進行第一次亞利安5號ECB型運載火箭的發射，然而2002年亞利安5號ECA行首次發射的挫敗與商業衛星發射環境的惡化，促使歐洲太空總署在2003年取消這一項計畫，亞利安5號ECB型運載火箭原本預計使用ESC-B的第二節，第三節使用新型的達文西加大的引擎。地球同步轉移軌道的酬載能力增加為12000公斤。達文西引擎原先計劃用於ECB型的第三節，但研發進度遲緩，雖然於2008年歐洲太空總署有挹注資金用於達文西引擎的研發，並於後續數年提供3.12億歐元給空中巴士集團做為研製最新型的亞利安5號ME型運載火箭之用，後續預估需花費高達10億歐元才能將亞利安5號ME型運載火箭研製完成。到了2012年11月21日，歐洲太空總署決定繼續投入資金研發亞利安5號ME型運載火箭，並期望能將達文西引擎通用於亞利安6號運載火箭上，如此與其他低單價的運載火箭做競爭。預定在2018年年中進行首次發射。然而最後於2014年12月2日，龐大的研發預算讓歐洲太空總署決定停止亞利安5號ME型運載火箭的研發，並期望亞利安6號運載火箭能向低成本運載火箭的方向去發展。 用於亞利安5號運載火箭的固態輔助火箭引擎也被應用在織女星運載火箭上，例如織女星運載火箭的第一節P80固態火箭引擎即是一種較短的固態輔助火箭轉化而成，除此之外，P80固態火箭的外殼是石墨細絲環氧基這類新素材，比現在的不鏽鋼外殼材質還輕的多。新型的綜合操縱噴嘴也因為特殊的熱流絕緣體材料和精細的管線被研發出來而得以實現，進而增加燃料的擴散效率。除此之外，新的噴嘴擁有電機械學的調動器取代了原本較重的水力學方法以向量控制推力。上述這些新科技在不久的將來運用在亞利安系列運載火箭上。 截至2014年11月，發射一次位於下層的中型衛星約需花費6000萬美元，相較之下，其競爭對手太空探索科技公司所需花費的資金比亞利安5號運載火箭還少1500萬美元。除此之外，位於上層的重量更重的人造衛星位置花費會更加高昂，整體而言一次的發射費用約在1.5億美元左右。 1996年6月4日，亞利安5號運載火箭首次測試發射，火箭在發射後37秒被迫自行引爆，肇因於64位元的運算錯誤地變為16位元的運算，造成程式崩潰後處理器發生算术溢出，將感測角度的垂直讀值錯誤的代入到水平值做運算，導致火箭在高速下進行90度水平滾轉而崩解，觸發自毀裝置的啟動。總結來說是控制火箭飛行的軟體故障而非無法運算。 經過了一年多的改善，於1997年10月30日進行第二次測試飛行，結果為部分失敗，主要是火神發動機的噴嘴導致翻轉問題，亦使第一節主引擎提早關閉，未達預定運作秒數，雖然第二節正常運作，仍無法達到預定軌道。 直到1998年10月21日，亞利安5號運載火箭終於成功，並於1999年12月10日進行第一次商用飛行，酬載衛星為XMM-牛顿卫星。 另一次部分失敗則發生於2001年7月12日，由於火箭第三級工作異常，兩枚酬載衛星進入了錯誤的軌道，只達到地球同步軌道高度的一半。歐洲太空總署的月神通信衛星藉由實驗用的離子推力器離才於2003年1月31日到達預定軌道；然而，日本廣播衛星系統公司（日语：放送衛星システム）的BSAT-2b廣播衛星，則因姿態控制引擎馬力不足，最終無法入軌而報廢。 上述失敗發生後，直到2002年3月1日才發射了重達8100公斤的歐洲環境衛星到達800公里的軌道，此次為第十一次發射，也是在2008年3月9日將9000公斤重的自動運載飛船送上太空前最重的酬載。 亞利安5號ECA型運載火箭的第一次發射在2002年12月11日，因輔助火箭發生問題導致無法轉向而失敗，在發射三分鐘後自行引爆，價值約6.3億歐元的兩枚酬載衛星Stentor及火鳥7衛星也隨之消失在大海中。經過調查之後，這次事故禍首是冷卻管破裂使引擎溫度過高，此次事故後，亞利安太空公司延後了羅塞塔號的發射時程。 在2003年9月27日最後一次亞利安5號G型運載火箭酬載三枚衛星，其中包括第一個歐洲月球探測器－SMART-1。在2004年7月18日，亞利安五號G+型運載火箭酬載當時最重的Anik F2衛星到達地球同步轉移軌道，重量約6000公斤。 亞利安5號ECA型運載火箭直到2005年2月12日才首次發射成功，酬載衛星有XTAR-EUR軍事通訊衛星、'SLOSHSAT'小型科學衛星及MaqSat B2模擬酬載，原先預定於2004年10月發射，因額外的測試及軍方要求而延遲後預定發射時間。 於2005年8月11日，亞利安5號GS型運載火箭，其特色為固態輔助火箭由ECA型的輔助火箭改良，酬載了當時最重的Thaicom-4/iPStar-1衛星送至地球同步轉移軌道，衛星重達6505公斤。 2005年11月16日，第三次亞利安5號ECA型運載火箭第三次發射也獲得第二次成功，酬載多衛星包括DirecTV的Spaceway-F2衛星及印度尼西亞PT Telekomunikasi公司的Telkom-2衛星，此次為最重的多衛星酬載，總重超過8000公斤。 2006年3月11日，亞利安5號ECA型運載火箭第四次發射，也是多衛星酬載，酬載衛星有Eutelsat公司的火鳥7A衛星，作為代替第一次ECA型失敗的火鳥7衛星及SPAINSAT衛星，為一西班牙政府提供HISDESAT公司的通信衛星。 2006年5月27日，亞利安5號ECA型運載火箭又再度創下新商業的酬載紀錄，達8.2噸，含兩枚衛星，包括Thaicom 5衛星及Satmex 6衛星。 2007年5月4日，亞利安5號ECA型運載火箭更進一步創下新的商業酬載紀錄，酬載的兩枚衛星Astra 1L衛星及Galaxy 17通訊衛星總重8.6噸，再包括其他酬載，共重9.4噸。這個紀錄在2007年11月11日又被打破，酬載衛星Skynet 5B衛星及Star One C1衛星共重9535公斤。 2008年3月9日，亞利安五號ES-ATV型運載火箭第一次發射自動運載飛船至國際太空站，名稱為儒勒‧凡爾納號。 2009年7月1日，亞利安5號ECA型運載火箭發射重達6910公斤的TerreStar-1衛星，也是史上最大的單一商用通訊衛星。 2011年4月22日，亞利安5號ECA型運載火箭將Yahsat 1A、Intelsat New Dawn兩顆衛星送入地球同步轉移軌道，重量達10164公斤；不久後的2012年8月2日，又將紀錄推升至10182公斤，不過這個紀錄很快的在6個月後被增加到10317公斤。 註: SYsteme de Lancement Double Ariane Structure Porteuse Externe Lancement TRiple Ariane Ariane Structure for Auxiliary Payloads ECA型則為H173 EPC－Etage Principal Cryotechnique ECA型則為P241 亞利安5號G+型運載火箭使用EPS末端節；GS及ES型則使用EPS的改良型，EPS改良型的特色是能夠重新點燃啟動，而且可以點燃兩次以上。 法語：Etage Principal Cryogenique，低溫引擎，英語：cryogenic main stage 法語：Etage d'Acceleration a Poudre，固態輔助火箭，英語：solid rocket booster 在Helios 2A觀測衛星發射後 原定2018年5月25日發射，因原定酬載發生問題延誤。 參: Ariane 5 Data Sheet. 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