K-1航空运载器

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降低发射成本和重复使用，是航天运载器领域追求的目标。目前，除了美国航宇局在研制X－33单级入轨运载器外，数家私营公司也在研制各类可重复使用的运载器，其中基斯特勒航宇公司研制的K－1运载器，就是近期有希望实现可重复使用的一种航天运载器。

基斯特勒公司成立于1995年，其主要任务是研制和管理K－1航天运载器。该运载器可将各种卫星送上低地球轨道，为用户提供一种在价格上有竞争力的可靠的发射能力。

K－1运载器及其飞行轨道

K－1是一种两级运载器，由第一级或叫发射助推平台（LAP）和第二级（包括有效载荷舱）或叫轨道飞行器（OV）组成，它们的直径分别为6.62米和4.21米。K－1的起飞重量为378吨，第一、二级均可重复使用。第一级是利用为俄罗斯载人登月计划制造的三台NK－33液氧／煤油发动机作动力装置，其总起飞推力为459吨。在起飞后130秒内，第一级将第二级送上大约40公里的高度，并与第二级分离。之后，第一级重新定向，其中心发动机再次启动，使第一级在发射后约12分钟，借助降落伞和气囊的作用在原发射场着陆。第二级采用一台NK－43发动机，它是第一级NK－33适用于空间条件下使用的改进型号，推力为118.9吨。在与第一级分离后，NK－43发动机点火，将第二级送入椭圆轨道。在滑行到远地点后，采用液氧和酒精作为推进剂的轨道机动系统发动机点火，使飞行轨道圆化，然后调整第二级的姿态，打开有效载整流罩并释放有效载荷。为防止对有效载荷的干扰，在等待足够时间后，轨道机动系统发动机又再次点火，将第二级送入调整方向的轨道。在经过长达24小时的第二个滑行段后，第二级再重新定向，用轨道机动系统发动机完成脱轨飞行，并靠防热系统保护再入地球大气层。第二级也用降落伞和气囊完成自主精确着陆机动而返回发射。返回地面的运载器经过检修，再装上有效载荷，最快可以在9天内为下次飞行作好准备。一般情况下，只要进行某些消耗品的补充，如加注推进剂（只需4小时），电池重新充电、安装新的发动机启动器，为一、二级更换降落伞和气囊等。两次飞行之间主发动机只需作有限的清洗。按设计要求，一台主发动机可进行20次点火，但每点火10次后需作一次大检修。K－1的有效载荷能力见下图，如可将3000公斤的有效载荷送入高800公里、倾角37度的低地球轨道。

为了发射不同尺寸和外形的有效载荷，K－1将提供标准型和加长型两种有效载荷舱。基斯特勒公司已选定了澳大利亚的伍梅拉发射场和美国的内华达发射场进行K－1的发射和着陆。这两个发射场已分别于1998年和1999年破土动工。

K－1的设计准则

1经过验证的技术组合K－1的设计主要选用了其它成功的航宇计划和应用中的现成技术。如NK－33和NK－43发动机在前苏联进行了广泛的研制性试验，点火试验达50多小时，超过了美国载人航天计划中所用过的大部分发动机记录；液氧贮箱利用了X－33和航天飞机外挂贮箱的设计和制造技术，制导、导航和控制使用了航天飞机和国防部计划的计算机软件和硬件。

2．广泛采用模拟在K－1的设计和研制中采用了有效的模拟和计算。研制K－1的制导和控制软件时，采用了“6自由度模拟”，它直接有助于结构设计的最佳化以及飞行控制软件的开发。还对K－1飞行器环路中的硬件进行模拟，使实际的K－1电子部件和子系统在模拟的任务条件下（包括出现故障和失灵）运行。用了这些模拟技术还可确定和分析性能风险，并检验初始飞行的软件和硬件。

3简单、安全和可维护性K－1运载器的简单和安全特性可从以下几方面看出。NK－33和NK－43发动机的推力都很大，且都采用煤油作燃料。与液氢相比，用煤油作燃料具有许多优点。煤油可装在非低温贮箱内，无需特殊的隔热措施，这样煤油贮箱可以做得比较小，从而使K－1的结构更加紧凑。而且，用煤油作燃料，地面设施和地面处理程序就简单得多，潜在危险性也比液氢小得多。

操作和设计中简单化的目的是为了高可靠性和降低维护成本。K－1的总体布局包括其内部系统和部件的配置，都是为了便于地面检修而实现最佳化。许多关键系统可以通过运载器的两端进去，维护人员容易进入分系统，这就节省了维护时间，并最终减少了维护费用。K－1的设计还使有效载荷与运载器之间、运载器的分系统之间的接口最少。由于减少了每个在线可更换单元（LRU）之间的实际接头数量，K－1的设计可减少装配和试验每种分系统所需的时间。K－1是水平装配的，其有效载荷同样以水平状态装配，这样可减少地面和发射辅助设施。

4电子设备的自主性和备份的应用K－1设计的另一关键要素是从发射前一直到着陆，运载器完全由箭上计算机控制，包括三重备用箭上计算机。它们是在现有商用硬件的基础上研制的。这些计算机从惯性导航系统（也是三重备用）接收空间的方位信息，并接收来自全球定位系统接收机的数据进行修正。在再入前，轨道飞行器用星跟踪器（双重备用）重新确定其在轨姿态。用跟踪与数据中继卫星系统的收发机来提供有效载荷下行线的状况，并接收着陆区上行线风的情况。惯性导航系统、全球定位系统接收机、星跟踪器和跟踪与数据中继卫星系统收发机都是经过验证的成熟技术。

5．可靠性对K－1正常状态的监视与一般运载火箭有些差别。装在第一、第二级内的正常状态监视系统（VHMS），在每次飞行后，用它来报告飞行及其各系统的状态。类似于正常状态监视系统的概念也用于下一代商用飞机上，如波音777。在每一级着陆后，将正常状态监视系统插入地面计算机，然后，该系统便向地面计算机报告运载器上各系统的情况，并确定需要作怎样的检修。由于该运载器是采用在线可更换单元的概念制造的，所以，各硬件单元都可以在发射场进行更换。同样的正常状态监视系统也用行前的检测。K－1的可靠性准则遵循这样一个前提：如果某个硬件在飞行中工作正常，运载器上的自动化系统在着陆时也报告情况正常，则该硬件在下次飞行时仍能工作。写文：绮云■