SLS结构阐发之固体助推器，站正在SRB的肩膀上
作者 传奇中的葱酱
燃料先容：
和液体燃料一样，固推燃料的构成可以被分为氧化剂和燃料
我们平常说的A***的全称是Ammonium Perchlorate Composite Propellant，在化学壬的关心下，葱酱相识到这一长串术语的前半“AP“是某种叫做“****”的氧化剂，而Composite Propellant则是复合燃料的意思。也便是说A***实在是“以AP为氧化剂的复合燃料”的简写。
图源credit：NSF
而我们常说的PBAN与HTPB实在是它们所利用的粘合剂的名称，而这些粘合剂是可燃烧的，只管孕育发生的比冲并不尽如人意，但它们是“固推”何故为“固推”的缘故原由。
PBAN是早期制造大型固推所常利用的粘合剂，它的利益是质料相对便宜、毒性低且操纵简洁，听说比冲略高于HTPB基的固推燃料。但弊端是它定型非常的慢，必要在环氧树脂的关心下在连续数天的高室温下固化定型，非常吃人工。太空梭RSRM与鼎力大举神的UA120助推器即是采纳的PBAN基固推燃料。
HTPB基燃料更广泛的被用于今日的贸易火箭固推，包罗GEM、CBS、Star这些家人们耳熟能详的固推明星。其特点是比力具有毒性、但固化历程越发主动化且快速，通常是有DOA/IDP等塑性剂参加在内。HTPB在化学上来说是一种混淆物而非单一纯洁物，它的化学性子可以依据差别的客户需求而量身打造。HTPB实在非常遍及的被用在了很多差别的产物上，包罗电子元件的外壳、复合质料布局，乃至毛毯的衬垫上。
Q：停停停，葱酱你别乱说八道啦！我鸡皮疙瘩都起来了，我的地毯上面有高度可燃且剧毒的HTPB？这打趣不是这么开的！
A：HTPB在完成固化今后是不会对你造成迫害，并且它对温度不敏感。这也是今日的火箭喜爱用固推当Strapon的缘故原由，和液体火箭比起来、固推的放射台地面操纵越发宁静。（我们在最终一部门会讲到）
我们回到正题，除了粘合剂与氧化剂以外，A***的构成还包罗了作为交联剂的蓖麻油（Castor Oil）、作为键合剂的HX-878、和外貌活性剂（硅油、卵磷脂）。
有了以上的种种惊奇的化学物质的混淆物后，理论上来说已经是一根可以点火的固推了。但是我们前面说过，无论是PBAN照旧HTPB都不是高性能燃料。那么怎样增添燃料的性能呢？
食我铝热反响啦！！！
聪慧的火箭科学家们立马想到了金属粉末，往燃料里一混，再加点铝热剂（普通是氧化铁）催化反响，可以在进步性能（燃烧温度）的同时增添燃烧稳健性。这些金属粉末被称为固推的“高能燃料”，常用在轨道级火箭中的金属粉末是最高性能的铝粉。可选的配方也包罗了镁（中等性能）和锌（性能最差），听说镁在低压作业情况下的体现较好。
而固推的推力和燃烧时间也可以通过调解催化剂的量来操纵，假如有须要的话乃至可以利用按捺剂来延伸燃烧时间。
有味的是只管增添金属粉末的比例可以增添燃烧温度，从而进步性能，但天生的金属氧化物是大分子固态/液态沉淀物，会低落比冲从而低落推力。以是普通来说在HTPB基燃猜中金属粉末（质量）占比普通在20%左右，而PBAN基燃猜中的占比则在16%前后。
在军用燃料的天下里，有比A***越发高性能的选择。HMX和NEPE-75分别是MX飞弹（宁静保卫者）与三叉戟D-5的固推燃料。它们相比贸易燃料越发的易燃易爆、且毒性强，但换来的即是高达309 s的真空比冲（相比之下ACPC的顶峰是泰坦SRMU的285 s真空比冲）。高性能燃料的利用也是三叉戟的个头和重量得以远小于同级固体导弹的缘故原由。
三叉戟D-5在同级飞弹中黑白常简便可靠的，燃料是重要缘故原由
本世纪另有一种新研制的固推燃料名为CL-20（China Lake-20），它相比HMX能量密度上升20%、等容积能量上升14%、且不像HMX那样易燃易爆，比冲则上升到了惊人的320 s（乃至高于很多火油引擎）它是00-10年月高空反弹道导弹拦截弹高速进展期间的基石，由于它许可拦截弹拥有壮大的——可以支持高空高能拦截的同时，又充足小巧简便可以装填在卡车/战舰上。而CL-20的重要缺点是造价昂贵，以是临时还无法用于贸易火箭。
新的高能燃料让THAAD可以装在卡车里跑来跑去，又有充足能量在百公里高空拦截
外壳
因为固推在点火时，燃料是从中心被点燃、向周围燃烧的，它的外壳同时也是它的燃烧室。这就要求固推的外壳充足的壮实，可以蒙受燃烧的高压，为此，固推的外壳在工程学上是被作为压力容器来考量的。为防备高温燃气破坏外壳，壳体的内部会利用烧蚀涂层来防备烧穿。
固推是从中心点火向周围燃烧的
壳体的质料有许多种，太空梭SRB利用的是HSLA钢来餍足海洋接纳的要求、Altair系列上面级和Star系列上面级则分别利用利用钛合金、玻璃纤维复合质料来进步性能。固然今日最常见的照旧石墨烯纤维，由于在大尺寸固推上它更简单制造、又轻强度又高，ATK的GEM系列与欧洲的P80/120（织女星一级和Ariane 6助推器）都是碳纤维缠绕壳体。
固推的操纵
很多液推壬对固推有一个误会，便是它无法被节省/封闭。固推实在是可以被告急封闭/也完全可以节省的，只是不克不及够制止燃烧。这么多年利用下来，固推内部产生的反响是高度可猜测、可操纵的。
GIF
NASA鼓舞STEM西席带门生玩模子火箭，由于它“非常宁静且好玩”
固推的节省
想要在MAX-Q节省淘汰最大动压？用星型药柱！
必要不停减小推力来防备G力过大？双锚型药柱！
必要一段高推力加快+连续低推力模式来限定极速、增添导弹射程？多鳍药柱！
多鳍药柱也是军圈（Juan）最爱的双脉冲固推的焦点设计
固推通过药柱设计来操纵推力改变，这也意味着一旦成型就无法再变动。利用在火箭上用来节省过MAX-Q时这没有题目，由于差别使命中重力转向的渺小差异不会对MAX-Q的时间造成很大影响。而在军用飞弹的设计中，双脉冲（多鳍药柱）设计每每被用在面临面/空劈面飞弹上，由于目的相对牢固/移动慢到可以纰漏、从而不要求飞弹大幅转变路径影响飞行速率（简间接影响可气动面的体现）。哈姆反辐射飞弹利用的即是双脉冲固推，这也赐与了F-16 Block 50 CJ/DJ飞行员“在防区外狙杀可怜的防空体系”的作弊级上风。
无线电：马格努！ 塞族：快关雷达！！！！
它不在空空弹的天下受到青睐、由于在打击空中机动目的时，飞弹必要所谓 ”精确的能量“ 来在精确的间隔、以精确的速率迎击目的，过高/过低的能量都市导致气动面以非最佳服从运行、低落飞弹的掷中率。为了到达这个目标，拦截弹必要在进入自动指导模式前“放失”多余的能量，也便是所谓的“狗腿”机动。双脉冲固推巨长的低推力燃烧段会使得这一机动变得不那么有用，由于在进入自动指导时假如固推还在燃烧、那么拦截时的能量就会高于最佳值。
THAAD在拦截低能弹头时会利用EMS机动斲丧过多的能量
固推的告急关机
Flight Termination System(FTS) 在中文里被翻译为“自毁体系”，这实在黑白常具有误导性的。由于关失一枚固推并不是真的让它“自毁”，而是通过让内部的燃气以不孕育发生推力的方法被排放出去。
普通通过三叉戟
你在图中瞥见的是一枚放射后启动了FTS体系告急制止放射的三叉戟飞弹，这是导弹的前缘。聪慧的网友已司理解了，只要在前端开一个孔、双方的推力也就抵消了，飞弹也就不会陆续进步了。
嗯对，FTS启动今后是如许的
TVC（推力矢量操纵）
Q：葱酱葱酱，这个我们都懂了，不便是和液体燃料一样的泵后摆泵前摆嘛《大国重器》谁没看过呢。
葱酱：固推有泵么？
Q：犹如没有哦......
葱酱：实在....一些陈腐的固推是有的
所谓的“泵后摆”实在是指涡轮泵组件牢固在火箭推力部上，摆动燃烧室和喷管。但我们知道，固推的燃烧室便是它的壳体自己，转动整个固推是完全不行能的。而光转动喷管非常困难，由于进入喷管后流体不停被高压推着加快的（喉管前亚音速、喉管后超音速），在航天纪元的从前（大概我该说第一次航天纪元），高强度、可拉伸的密封质料基础不存在。
当时全部的喷管都是牢固的，火箭科学家们直接对管道内的流体举行种种百般惨无人性的操纵。我最喜爱的设计叫做FITVC，它通过一个泵大概一个燃气产生器（北极星飞弹）来给自带的一个流体（氟利昂）罐加压，通过喷注器将流体注入到喷管里，从而使燃气与喷管壁分散转变流一直告竣TVC。
FITVC表示图
固然，在后阿波罗期间，洛克希德发明白Lockseel™，一种高强度人造橡胶复合质料密封环。也就许可了今日的固推直接用液压/电磁驱动（Vega的一级TVC搭钮是电机驱动的）的搭钮举行转动喷管，以到达TVC的目标。
德尔塔4中型(5,4)的四个固推中2个可以TVC两个牢固，可以清晰的看到弹性密封圈
以是，家人们不思量参加一下固推教？（固然我更推举氢氧教）
告急关机, CHECK !
可节省, CHECK !
TVC，CHECK !
在对固推的底子理念有必然了解后，我们来看看汗青上运载火箭利用固推的汗青。
固推简史
Scout，美国固推的始祖级火箭
SCOUT的是Solid Controlled Orbital Utility Test System的首字母缩写，直译过来是“固推操纵的轨道级应用测试体系”。它是1957年设计，1960年景功举行亚轨道放射，1961年景功入轨。它是人类制造的第一枚全固体燃料的轨道级运载火箭，同时也连结这一头衔了数十年，它可以输送122kg的载荷进入近地球轨道。共四级，从下到上分别为Algol(北极星飞弹)，Castor（军士飞弹）,三四两级均来自水师的“前锋飞弹”，分别叫做Antares和Altair。Altair也是德尔塔最初设计所利用的上面级（关于德尔塔的先容请看BV1E541147qR），雷神火箭利用Altair作为上面级的构型被称为“Thor-Burner”，以是Altair 也被称为"Burner 1"
始祖级的固推火箭Scout
Scout最传奇一点是它的一级Algol原先是作为北极星飞弹的引擎测试平台被设计出来的，而Scout火箭乐成入轨的时间乃至早于北极星飞弹和军士飞弹被正式摆设。
Castor 1/2/4，陆军导弹衍生的初代Castor家主
Castor是否让你想起了一些什么呢？没错！用来作固推燃料交联剂的蓖麻油的英语名称便是Castor Oil，以是假如想要土味翻译的话，可以将Castor Rocket Stage翻译为蓖麻火箭引擎。
在Castor 1部队中的表亲正式在西德与韩国进入摆设前，Castor 1已经在1960年9月开始了作为运载火箭劳碌的平生。它作为雷神火箭的捆绑助推器关心CIA伺探了铁幕的劈面，又成为了德尔塔D的上面级将人类第一枚地球静止轨道卫星送进GTO。Castor 1传奇的平生在1971年完结，在德尔塔和Scout上打工积存了141次火箭放射，此中只有2次放射失败。
Castor： 说吧老店员德尔塔，此次是助推照旧上面级？
Castor 2是Castor 1的升级版，年轻的Castor 2承继了父亲的衣钵，于1965年作为Scout二级首飞，连续了他爹的留下的与德尔塔的姻缘，作为德尔塔-E的捆绑式助推器打工。它陪同着父亲的好友Scout一向服役到了Scout寿命的尽头，1994年5月9日，随着MSTI-2乐成入轨，这两位老店员一路知难而退。也正是这位少主在1975年远渡大洋，开启了Castor家属与日本航天之间的姻缘。日本的H-1、N-1(不是谁人炸弹N1)、N-2三款火箭都利用Castor 2作为捆绑，并且起步3枚、动不动便是9枚，Castor 2也以自家着名的可靠性回报了这些黄皮肤工程师。三款火箭共24次放射，只有1次部门失败，剩余23次完全乐成。
Castor 2：ありがとうございました , Japan !
Castor 4因为与2相比有庞大的科技前进，以是跳过了3，直接被定名为4；同时4也象征着大直径的40英尺助推器设计。固然，Castor便是Castor，家属遗传的可靠性使他成为了捆绑固推喜好者眼中的明星，德尔塔、德尔塔2、宇宙神2、雅典娜III（未放射）、H-IIA（被称日本人密切的称为小固推SSB）全都选择了Castor 4作为固推补足运力。
这便是Castor的劈头，1、2、4一脉相承的可靠性使得ATK情愿用同样的家属名来定名他的MX飞弹衍生固推，不外这是背面要讲的故事了。
太空梭的可复用助推器(RSRM)
太空梭的四段式助推器信赖家人们已经耳熟能详了，两根一共占了太空梭腾飞质量的69%，腾飞推力12,000kN，最大推力14,700kN。11角星式药柱，提供MAX-Q节省本领、自持推力下分散。
固推在室压低于50psi、但又没有完全消逝时与太空梭分散
太空梭SRB提供了大部门腾飞推力，也理所该当的、提供了大部门的姿态操纵。太空梭SRB利用的TVC是我们前面提到的液压体系直接转动喷管，利用了弹性密封质料来包管喷管可以被宁静的转动。液压体系的压力来自SRB自带的两套HPU引擎（一根两套），该引擎由毒燃料联氨驱动，将液压油加压到约400psi来提供大量TVC操纵。
SRB是很难被错误点燃的，究竟上、假如你用一般的打火机去烧成型后的SRB，它是不会有反响的（请勿实验）。在正常的腾飞流程中，T-6.6秒SSME"Staggered Start"（名词解说CV6548407）后，他们仨主引擎一定在3秒内到达90%推力，确认主引擎康健状态精良，此时1号指令下达启动固推，NASA尺度起爆器点火、并从同步开始由压力和重力的配合作用下沿着固推中间空管一起点火。SRB有非常严厉的点火流程，要确认全部设置装备摆设正常事情，最终才会点燃SRB。（点火机制视频BV1qE411u7zo）
太空梭的SRB乃至有独立的陀螺导航仪，他们叫做RGA，每根助推器上都有一套独立推断Yaw和Pitch并反馈给主电脑。
四段式助推器图解
太空梭SRB共燃烧127秒，分散高度45km，弹道高点67km（降落伞睁开高度）。SRB团体而言在太空梭上事情的很好，老实可靠的提供了充足的腾飞推力，直到.......
石墨环氧树脂引擎（GEM-40/46），抚平挑衅者的创伤
由于众所周知的O型环变乱变乱，挑衅者号的时钟永久停顿在了1986年1月26日那天清晨。 “(航天的)统统不会到此为止；我们的盼望和我们的路程不会停下”，里根总统云云说。83年的大韩航空惨案曾促使他公布GPS为"民众财宝"，必要为环球办事来提供更精准的定位，防备雷同变乱陆续产生。但挑衅者后太空梭再也不放射贸易载荷，必要有火箭来接过被他们落下的担子。
为此，在1987年，空军决定"复生"德尔塔设计了更长的主燃料罐、革新的整流罩，和更大的固推--这便是GEM家属的劈头。从钢制可接纳老先辈那边接下贸易航天的将来后，德尔塔7000系列与年轻,先辈的石墨环氧树脂引擎在1989年迎来首飞。更牢固简便的碳纤维外壳，共同ATK的高能燃料配方，GEM-40/46家属给了德尔塔2靠近直送GPS轨道的本领(固然，必要Star上面级作为apogee kickstage)。到90年月中期，24颗正式版GPS就位，开始为环球提供办事。但这，只是德尔塔7000系列的出发点，在接下来的数十年内德尔塔7000放射了数不清的贸易,军用,NASA载荷。2018年9月15日，随着冰星2号开始对蓝星冰盖的守望之旅，40英尺级的GEM助推与德尔塔2正式退役。
初代24颗GPS全部由德尔塔放射
番外：Star家属——可靠的固推kickstage
既然提到了GPS，我们就趁便说说Star家属固推的故事。
过渡型德尔塔II，大概叫“6920”构型，较7920性能欠佳，但它仍旧可以餍足初始9枚GPS卫星的运力需求。6920会将重达3950磅的卫星+远所在升轨引擎一路送进转移轨道（1850磅重的卫星进入终极轨道），而德尔塔7920会将4130磅重、带有电磁波探测器的卫星和远所在升轨引擎送进转移轨道。————《1988国防部拨款阐明》
以是，这里说的“远所在升轨引擎”术语叫做“Apogee Kick Motor(AKM)”, 在GPS上利用的AKM被称为“Orbital Insertion Motor(OIM)”也便是圆轨引擎。在研发GPS的从前，工程师们不盼望将大型的燃料罐和引擎搬上卫星本体。这里的“大型”是在卫星的天下、而不是火箭的天下里的，火箭的部件寿命是普通是按分钟盘算、最多也不外几小时，而卫星的寿命动辄数年、乃至十几年。利用一个寿命数小时的固推来完成升轨，就可以让卫星不必要带着这些“没用的”组件开始漫长的服役生活。这在工程学和经济上都是最优解。
GPS所利用的OIM的名称叫做“Star-37XFP”，钛合金壳体、HTPB基燃料，比冲290秒、燃料占比92.5%、燃烧时间62秒、推力38.03千牛、总重955.3kg。Star最有特色的便是利用了钛合金壳体，这赐与了Star-37XFP非常杰出的干重，在公道使用冲量的同时也淘汰了运载火箭的运力包袱（由于AKM严厉意义上来说是载荷的一部门，而不是火箭的一部门）。传统的Castor/GEM等捆绑式固推不利用钛合金的缘故原由不是造价，而因此其时的工艺、钛合金并不克不及被铸造成充足厚的合金板（由于它在低温下很脆）。只支持薄壁的钛合金（Altair的玻璃纤维同理），势必不克不及够用于大推力、为火箭提供Raw Power的捆绑式助推器。给你们一个直观比力，Star-37XFP的推力仅有38.03kN、而同为德尔塔固推的Castor 4A（6000系列的捆绑助推）的推力高达478kN、GEM-40（7000系列的捆绑助推）的推力则为493kN。
Star-37XFP（TE 718）
我们之条件到过Thor-Burner中Burner 1上面级指的是Altair； 实在Star系列家属的始祖Star-37（TE 364-1）便是担当了正式定名的Altair，于1965年首飞。而Star-37B（Burner 2）则是天下上首款拥有完备的导航与操纵本领的固推上面级，被遍及用于多种NASA深空探测使命。
玻璃纤维的Star 37 TE364（X-248 Altair）
Star 48是这几年家人们听见的最多的Star家属上面级，放射了新视野、帕克号等闻名载荷。Star 48有两种版本，重要区别为操纵方法：自旋稳健/TVC操纵两种。放射帕克号太阳探测器的即是被称为Star 48BV的TVC操纵版，“B”意味着是大号的Star 48（多11kg燃料）。而放射新视野号、包罗被用于PAM-D（Payload Assist Module）的是自旋版Star 48（B）。自旋版的Star 48普通会利用转台放射（火箭上面级RCS帮助），在固推燃烧完毕后通过一种叫做“悠悠球停转机制”（使用角动量守恒）来低落转速，分散、启动卫星。
太空梭PAM-D在转台模组上放射SBS-3卫星
鼎力大举神的陨落
鼎力大举神4号运载火箭是当年空军的奢侈玩具，团体而言拥有相称不错的结果。在生活的末期（98-99）显现了三次严峻的变乱，此中很多变乱缘故原由令人啼笑皆非。这些严峻的变乱也让洛马火箭科学家们信赖开始信赖形而上学了，究竟上，为了避忌4号这个“不幸的数字”，同为洛马出品的宇宙神家属的定名法直接跳过了IV，以是宇宙神III后直接接着的下一个版本就被叫做“宇宙神V”，也便是今日ULA的看家火箭。题外话：半人马定名规则也避忌了IV这个数字，直接从III跳到了V（火神）。
而它从前（1986 Titan 34D、1993 Titan IV）的两次变乱是与SRB相干的，并且变乱缘故原由都是雷同的，1993年岁故工人在修理的时间没有根据章程操纵，把调换SRB段时把密封层给切坏了。这导致放射时一根SRB烧穿了，空军此次放射的恰好照旧KH-11锁眼天价光学卫星；这还没完，空军作去世亘古未有的聘请了布衣记者/拍照师、航天喜好者团体来寓目此次放射。
布衣高技能力拍照（清楚可见SRB烧穿）
两次变乱涉事的都是UA120系列SRB（PBAN基），随后Titan IV-B调换了海格力斯SRMU（HTPB基），进步了硬件可靠性。
不外鼎力大举神并不是由于可靠性缘故原由被迫退役的，真正促使它退役的是燃料题目。鼎力大举神IV称SRB为“第0级”，在地面点火；芯级毒发为“第一级”，第一级在高空点火。鼎力大举神所加注的毒燃料的Aerozine 50（实在便是普通联氨一半UDMH）和四氧化二氮，这两种是剧毒化学物质。而加注一枚鼎力大举神IV必要数百吨这些燃料被灌进储箱，随着操纵毒燃料的危害了解的加深，宁静手册克制的举动越来越多，操纵越来越庞大。同时随着作业伤害品级的提拔，工人的时薪也一定进步（越伤害人工越贵）。如许一来一回，鼎力大举神IV的采购用度凌驾了3亿美元（相称于今日的5-6亿）。
EELV期间
以是洛马公司决定往宇宙神V上加AJ-60A固推来餍足部门鼎力大举神的使命需求（这也是为什么宇宙神没有一个版本是对称的，它原来没有打算要用固推）。而波音公司也推出了本身的德尔塔4中型运载火箭，利用GEM-60固推。两款固推都是利用碳纤维缠绕复合质料壳体，HTPB基燃料的高性能捆绑助推器。
捆绑助推器的利用许可ULA让空军“批量购置芯级”，在确定使命详细载荷和轨道后决定构型（加减助推）并补交尾款举行放射。这个思绪带来了两个利益：
- 火箭上必要最永劫间预定的部件是液体引擎，格外是入口的俄国RD-180必要30个月提前预定（还每每咕咕咕）。提前预定、预备可以在必要的时间拿出来，绑上固推放射。究竟上，疾速放射办事是ULA的看家本事，尾款付完今后最快3-6个月放射。假如重新开始造火箭完满是不行能的。
- 它让ULA可以预备“在5年内以最低本钱生产36枚芯级和上面级”，从而为剩下国防预算。研究评释“批量购置”思绪为空军省下了44亿美元的预算（和一根一根买相比）
2014乌克兰危急（空军开始找寻RD-180替换方案）新上任的CEO决定与轨道ATK（今NGIS）告竣计谋互助同伴干系，为宇宙神V、将来的火神、OmegA火箭设计一款通用GEM助推器，因为直径63英寸，被称为GEM-63. 火神、OmegA利用加长版的GEM-63XL，在那之前GEM-63会先在宇宙神V上更换本来的AJ-60A举行服役。该打算在2016年1月得到了空军的额支持，他们为CBS和GEM-63提供了研发资金。
本年（2020），GEM-60已经随着德尔塔4中型退役。而宇宙神V将会开始利用新的GEM-63固推作为它的捆绑式助推器（火星车和星际线照旧会利用AJ-60A）。因为两家公司之间的计谋同伴干系，GEM-63的订单得到了保障，NGIS可以以最低本钱量产固推，与AJ-60A相比GEM-63廉价了一半。以是火神和OmegA也将利用对称构型，由于固推本钱够低，一根一根加反而没故意义。（逼迫症狂喜）
第一枚给宇宙神V的GEM-63已经在放射场验收了
Castor 120与米诺陶火箭，宁静保卫者的遗孤
MX飞弹（也叫宁静保卫者）助推器的制造商团结科技盼望用该助推器的设计衍生出一款小型的LEO火箭，但因为众所周知的缘故原由，贸易放射载具一定利用A***，以是本来的高能军用燃料要被更换失。
这便是Castor 120的劈头，120,000磅象征着原打算的燃料重量。Castor 30是缩小版的Castor 120，被用作上面级。两者都和本来的Castor 1/2/4毫无联系关系，仅仅相沿了Castor火箭的版权名罢了。Castor 120在研发完成后被用于了雅典娜1号的一级，雅典娜2号的一级和二级（对，非常KSP吧，统一型固推叠在一路）。它也又一次追随着同名的生疏先辈们来到日本，成为了H-IIA的SRB-A火箭的设计底子。
H-IIA：Castor最棒了.jpg
90年月末期，空军决定退役鸡肋的MX陆基飞弹（因为三叉戟D-5在精度、可靠性、战备率和生存性都远超陆基的MX）。这一决定留下了114枚未利用的助推器，全都已经灌满了高性能军用燃料。舍不得的诺斯洛普格鲁曼公司决定就像重复使用退役的民兵II飞弹和MX飞弹作为纯军用（真正的黑店）运载火箭，他们分别被定名为米诺陶I号和米诺陶IV号（也叫宁静保卫者SLV）；利用Star 48V高性能上面级的米诺陶IV号被称为米诺陶IV+；往米诺陶IV+上再加一个Star-37FM上面级用来打GTO，这就成了米诺陶V，三款轨道级火箭共18次放射全部乐成。米诺陶II号和III号分别是亚轨道目的载具，用来给GBI拦截弹模仿ICBM练手的，以是米诺陶III号也叫“宁静保卫者TLV”。米诺陶III号还在研发中，米诺陶II号一共放射了8次，全部乐成。
米诺陶——黑到很多人都不知道的一型火箭
题外话，本年第四序度另有一次米诺陶I号的放射（大概没有直播康，有直播的话我必然会转播的！）
太空梭无福消受的五段式助推器
众所周知SLS利用的SRB是所谓“五段式助推器”，字面意义上了解便是多了一段燃料、多了25%的冲量。它本来是为太空梭设计的革新型固推，用来提拔9.1吨太空梭-ISS运力的同时增添飞行宁静性。哥伦比亚号变乱后，NASA决定退役太空梭，也就没有再思量五段式助推器与太空梭整合的打算。但五段式助推器的研发陆续了下去，2003年10月23日举行了第一次试车，为了未来的星座打算（后去世亡）做预备。
在星座打算被取消后，五段式助推器又被用在了SLS的设计里。重要革新有以下几点：
（1）革新了原有的11角星型药柱为双层锥型穿孔式设计，增添恶劣情况下的运行的可靠性，药柱的斜面设计颠末了改进，用作按捺剂的腈基丁二烯橡胶的高度也随之举行了窜改。
（2）调换了更厚的密封层
（3）调换了放大的喉管和加长喷管（EAEC）
五段式助推器的题目是本来设计中为了从海洋里接纳外壳，质料拔取了昂贵的D6AC HSLA钢。这些质料必要很永劫间预定，以是从海洋里接纳外壳是唯一的包管放射频率的方法。但SLS并没有接纳助推器的计划，以是NASA以为五段式助推器最多可以用到SLS的第9发。而每次SLS飞行都要预备两套固推，一套备用，以是在第9发时NASA就一定预备好新的固推助推器。
SLS的先辈助推器
NASA为办理这个题目提出了“先辈助推器”（Advanced Booster）竞标打算，原打算在2015年选定终极胜者，在EUS服役之前开始在SLS上打工。ICPS+AB的组合被称为SLS Block 1A，然而列位沙生机箭科学家一听就明确，一个轻上面级+超鼎力大举的固推，这是个会由于G利巴载荷压扁的设计。在2015年Block 1A由于喜闻乐见的缘故原由被取消之前，共有三个团队向先辈助推器投标了方案，它们分别是
(1)普惠洛克达因(P&W Rocketdyne)向导的团队，盼望复生土星V号的F-1B引擎作为助推器，该设计号称可以将SLS Block II的运力提拔到150吨有用LEO酬载量。（目的仅130吨）
火油鬼魂的想peach设计
(2)航空喷气（Aerojet）向导的团队，提出了该公司的AJ1引擎（革新版RD-180）作为助推器主引擎。
(3)ATK的碳纤维复合质料壳体，HTPB基高能燃料的四段式固推。它被称为“Dark Knight”（暗中骑士）, 可以将SLS Block 2的运力提拔到要求的130公吨有用酬载，并答应（相比五段式钢制助推器）廉价40%、可靠性提拔24%。因为段数的淘汰，地面操纵的庞大水平也大大低落。生产暗中骑士所必要的劳工时间比五段式助推器“少了480小时（50%）”。
固推！！！
暗中骑士的崛起（CBS断代史）
从竞标到取消，ATK的设计都没有被颁布。但与AB竞标平行推进的另有空军的RD-180更换打算，轨道ATK所投标的是一种被称为“通用助推器段”（Common Booster Segment，CBS）的设计。他们所设计的火箭叫OmegaA，保存了宇宙神V的RL10驱动、氢氧上面级，把整个宇宙神V一级带着RD-180换成了由Castor 600(两段CBS)作为一级，Castor 300（单段CBS）作为二级的两级式推进段。
6固推的Inter版（Castor 600一级）拥有9,200kg的GTO酬载
宇宙神一级的燃烧时间是253秒；Castor 600的燃烧时间122秒、腾飞推力2,100,000磅（953吨）、Castor 300的燃烧时间为139秒、推力785,000磅（356吨），OmegA Intermediate构型的两级燃烧时间共计261秒。怎么样，是不是很像宇宙神V一级的替换品？
OmegA另有一个分外的"重型"构型，用四段式的Castor 1200更换本来的一级Castor 600，以最KSP的要领增添运力。Castor 1200会有3,100,000磅（1407吨）的腾飞推力和更长的燃烧时间。
与Castor 120一样，Castor 300/600/1200系列也和原先的老Castor没什么干系。背面的数字代表着“打算的燃料重量”， Castor 300意思是300,000磅（136吨）燃料，Castor 600的意思是600,000磅（272吨）燃料。固然，做出来今后总是有点微小的毛病，好比Castor 600造出来多填了50,000磅燃料总计650,000磅（295吨）。
听到这里，你大概想问"为什么Castor 300更短反而燃烧时间更长？" 实在固推开篇我们就已经解说过，固推是从中心向外燃烧的 假如装药更粗/催化剂更少，那燃烧时间就可以更长。同样的原理，Castor 1200假如用雷同的药柱，燃烧时间会和600一样，推力酿成两倍（1900吨）。但火箭科学家们不必要这么大的推力（除非你想MAX-Q翻车），以是推力被淘汰到了1400吨，燃烧时间拉长。
三个型号分别是单段CBS、双段CBS和四段CBS。每个CBS可以装载33,000加仑的固体燃料，是轨道ATK（现NGIS）汗青上所实行过的“最大范围的燃料装填“。相比之下，SLS的五段式助推器每段"仅有" 27,000加仑的容量。而且CBS推进段壳体由碳纤维缠绕复合质料制造（NGIS现在也是天下上最大的碳纤维缠绕固推厂），相比钢制、容量更小的RSRM减重了30%。
以是暗中骑士的继任者"BOLE"助推器（办理消逝货源、延寿助推器）只必要四段CBS，就可以靠近本来五段式助推器的装药量，并为SLS提拔15吨的近地轨道运力，将人类送去火星。
图为Castor 600的下段CBS，也是全部CBS中最重的一段
我们提到过，CBS和OmegA的研发是从2015年开始的。其时，轨道ATK的工程师们看着空空的设计版和空空如也的车间，定下了在2019年5月举行第一次试车、2021年春季首飞的目的。而第一次Castor 600的试车时间是？2019年5月30日，定时ATK ! 不外在测试末端，喷管忽然爆炸。变乱观察缘故原由是该测试在地面程度举行，近地面尾焰喷射造成了表里气压显现了预期外的毛病。也便是说假如是在垂直放射、高空低气压情况下运行，喷管是不会有题目的。而慎重的NGIS也加固了喷管，将原打算2019年8月举行的Castor 300测试推迟到了2020年2月，而此次测试完全乐成。
本年2月的C300测试，葱酱早返来了一个月（之前在看IFA）/(ㄒoㄒ)/~~
值得一提的是，2019年5月的那次Castor 600试车是在"高温"情况下举行的，Castor 600被有意加热到了90华氏度（32摄氏度），这个技能也被称为"热试车"。因为较高的温度，燃料斲丧的速率比正常快，孕育发生的推力也提拔到了约2,200,000磅（997吨）。相比之下，本年2月的Castor 300测试是在正常温度40华氏度（4摄氏度）下举行的，这被称为"冷试车"。
OmegA是轨道ATK有史以来最大的投资项目
贸易小戏院
2018年，轨道ATK被诺斯洛普格鲁曼收购，成为了诺格创新体系的一个部分。这与轨道ATK对黑骑士和OmegA的投入有必然联系关系，由于它字面意义上的"经心投入"了这个项目，太多资源被占用，2014的安塔瑞斯火箭爆炸变乱与NASA取消先辈助推器订单的情形下，加剧了轨道ATK的窘迫田地。然而ATK知道本身的设计是精确的，OmegA与BOLE助推器会回报本身。惋惜它没撑到OmegA首飞那天，在2018年答应要“向OmegA投入更多资金”后，轨道ATK被诺格收购，也算是找到了一个好人家吧。
2020年6月，OmegA的排演用假火箭级已经和Artemis-I的固推一路抵达了KSC举行彩排，现在希望统统顺遂，目的首飞时间为2021年春季（记得2015年顶下6年首飞的目的么？他来了！）在LC-39B（SLS放射台）举行。
Q：和SLS共用工位？
A：没错，实在如今正在操纵Artemis-I 助推器的地面工人和未来要为OmegA预备放射的是统一批。诺格盼望通过通用工人来节约本钱（终究SLS频率低，专门培训一波不划算）。OmegA固然要用LC-39B，但利用的实在是差别的移动放射台，诺格在2018年买下了太空梭留下的MLP-2计划在HB-2里举行改革，而MLP-1被SpaceX改革成了牢固办事塔。SLS所利用的是全新的ML-1（固然近来它又出了些昂贵的小题目）
MLP-2施工中
这里另有一个小故事，原来NASA盼望SLS成为09年后第一个利用LC-39B的火箭，但因为连续咕咕咕，SLS首飞已经被推到了2021年下半年，肯定比OmegA慢，NASA也没脸要求OmegA等SLS的。
我们讲了这么多固推的故事，你或许会问，为什么要用它？液体引擎不是有更好的比冲么？为什么轨道ATK这么执着于固推，乃至情愿为了固推大火箭而把本身弄到停业？固推的上风本相在那边？
选择固推的来由
固推最显着的特性是一旦出厂就已经完成加注，要做的只是组装。记着这点，我们会返来的。
可靠性
实在，假如我们纵观汗青，可以清晰的相识到这个究竟：固推的可靠性远优于液体引擎。从1980年算起，固推妨碍的概率要比液体引擎低四倍。在已往18年内，没有任何一次固推变乱；已往40年内的固推的可靠性也高达99.7%。假如只看德尔塔家属和太空梭的使命，只有2%的耽误是由固推造成的，相比之下液体引擎要为22-24%的耽误卖力。
推力可控可猜测(且不受POGO影响)
要解说为何固体的推力稳健、可猜测，我们要先看看液体引擎为什么不稳健。
（1）化学反响不稳健
你大概想问：“这些化学反响我初中知识都知道，有什么不稳健的呢？”
不，实在除了氢氧机的反响以外，其他全部液体燃料的燃烧都是有非常多种反响参杂此中的，纵然是氢氧机也并不但是氢气和氧气燃烧天生水这么简洁。并且有些燃料乃至不是化学上的纯洁物，好比火油、你所看到的RP-1分子式实在是它的均匀值，有连续串种种百般的火油分子存在RP-1里，并且火油如许的燃料不行能完善雾化。纵然是如甲烷的纯洁物且为气态燃烧，在高温富燃燃烧情形下也会产生很多种反响。
猛禽引擎点火时大概产生的反响——来自卡角情况影响评估陈诉
（2）工程学意义的不稳健
此中包罗“Screech” “Pogo（它是Chug的特别情形）” 和"Buzzing"之类的“工程学不稳健”。
此中Screech是声学征象、Pogo雷同于“水锤征象”，而Buzzing则是单组元引擎喷注器回火变乱的首恶。这些是工程学课程会上的内容，我不外多赘述。仅仅举一个Pogo的例子（有留言要求我这么做）。
常见的水锤征象
水锤征象——假如你用过老式水龙头，你就会发觉每次封闭的时间都市有一种恬噪的尖啸。其缘故原由是在你打开水龙头后，自来水管道内的水因为来自水箱的压力开始移动（重力势能转化为动能），以是水会从水龙头里流出来。当你关上它时，管道内的水仍旧保有本来的动能，它们会有惯性、会陆续进步，以是它会像锤子一样撞上你的水龙头。
在火箭的燃料管内也会产生雷同的征象，因为之条件到的火箭引擎内的化学反响不稳健、TVC不停修正途径等种种身分，火箭本体的加快度是不稳健的。而管道内流体的惯性会加剧这个征象。想象一了局景：
（1）火箭加快度因为燃烧不稳健忽然上升一小段（往前冲了一下）
（2）从而火箭团体的加快比管道内的流体快了一点点
（3）流体由于惯性，更快速的流入了引擎
（4）更多燃料进入引擎，引擎过载推力增添，火箭加快更快了
（5）回到（1）
这便是一个典范的pogo oscillation，如你所见，假如没有参与如许的轮回会不停加剧、让火箭偏离预定轨迹或直接破坏引擎。
而固推最妙的一点是，全部推力的改变在出厂的一刻就已经刻去世在药柱里了。药柱的燃烧可没有管道、没有流体惯性参加在内，以是它的推力可以被今日的模子非常精准的猜测并操纵。
SLS五段式助推器的测试效果，蓝色为猜测曲线、赤色为现实推力改变，完全重合
简洁、宁静的地面操纵
在讲鼎力大举神IV火箭的时间我们已经说过，毒燃料的加注作业是非常伤害且费时费劲的。实在不管是火油（半低温燃料）照旧甲烷、液氢（全低温）火箭的加注都是极为幸福且高危险的作业，储箱内的压力一向是动态均衡的。并且液体火箭一级通常都非常的长，给火箭起竖的历程相称于用吊车吊起一栋数十层高的大楼。
你能想象吊起10层楼高，代价上万万的芯级的感觉么
固推的作业就和睦多了，由于它们被分成段制造、分别吊起来组装。同时也不消担忧毒燃料漏出来/天热挥发把家人们都害去世。
快速就位
这实在与上面那点有接壤，NSSL Phase 2的竞标明文要求火箭"可以担当调换卫星，而且一定在12个月内就位"。也便是说，火箭去使命化、且随时切换使命。我们在EELV期间里讲过加减捆绑固推给了ULA非常机动、且快速的使命反响本领。
快速反响乃至是OmegA的告白词
“在你的卫星预备好时就能随时入轨是不行能的——直到如今（OmegA让它成为了实际）”
构型
我们在两周前的预热专栏（CV6548407）聊过腾飞时推力的紧张性。简洁来说在低程度速率时（低能亚轨道中），每一秒飞行时间都带有庞大的重力消耗。而在高速时，因为重力冲量大部门被用来转变轨道速率程度重量的的偏向了，现实必要“消耗”在火箭性能上的部门就少了很多。我知道你大概照旧听不懂，不要紧，我们来打个比喻。
假想以了局景：
你要从A地前去B地，有2辆车，分别是一辆皮卡和一辆迷你。
已知：
公路上，皮卡每升油能跑3km，迷你每升油能跑10km。
泥地上，迷你由于动力太小，每升油只能跑1km（大部门油都白费在爬来爬去上了）。但皮卡，因为动力足够基础无所谓泥地和公路，一脚油门就已往了，照旧每升3km。
场景1： A与B之间有公路相连，怎样以最少燃料抵达目标地？
尺度答案： 送分题.jpg，开迷你，由于它省油。
场景2：A与B之间都是泥地，怎样以最少燃料抵达目标地？
尺度答案： 送分题.jpg，开皮卡，由于它动力大，白费少。在泥地上原来省油的迷你每升油只能开1km，乃至比皮卡油山君（3km）还差。
场景3：A与B之间前三分之一的路段是泥地，尔后三分之二都是公路。
尺度答案：.....Whut?
???
用皮卡装着迷你开过泥地，上公路今后，丢失皮卡，用迷你开完剩下的路。
我知道我知道，这听起来愚不行及，但火箭实在便是如许设计出来的。
在适才谁人比喻中，将 “A到B的路径” 更换成 “从0加快到第一宇宙速率”，而皮卡和迷你分别对应的是腾飞级（Booster）和加快级（Sustainer） (为了防备殽杂，我不利用第一级/第二级)。
刚腾飞时，你处于低速、且在低层大气飞行（泥地），必要壮大的动力来离开这里淘汰白费，以是高推重比（皮卡）是最好的选择。
已经创建了必然速率后，你已经不担忧重力消耗（公路行驶），必要一级省油的加快级（迷你）来帮你完成剩下的加快。
附：Strapon. Booster. Sustainer在传统术语里这些本相是指什么？
Sustainer在传统的火箭术语里是“主引擎”的同义词，它指的是加快级的引擎。该术语的劈头来自于SM-65初代宇宙神运载火箭，标记性的"一级半"构型、每每被做成迷因的“我丢失了本身的引擎、由于它太重了”也给我们带来了Sustainer和Booster的界说，一起加快入轨的主引擎是Sustainer、而
Booster则是腾飞级的引擎，用来将火箭给“Boost”脱离地面
而Strapon和Booster之间最大的差别就在于，Booster提供了大部门腾飞推力，而Strapon普通只提供帮助。
也便是说，猎鹰9号的一级、太空梭SRB是典范的Booster，猎鹰9号二级的真空梅林、和太空梭SSME是典范的Sustainer。
固然，今日的很多火箭已经不再利用如许的术语。由于，很显着宇宙神V上没方法明白指出谁是Booster谁是Sustainer（只管ULA叫一级Booster），5枚Strapon为宇宙神V 551提供了大部门腾飞推力、且芯级与半人马分散的速率靠近5600m/s。
猎鹰9号一级关机速率7850km/h，而轨道速率27000km/h，靠近3/4的加快都是由真空梅林完成的
猎鹰9号的设计便非常明显的表现了如许的头脑：助推器仅仅只是为了关心火箭“开脱泥地”。在整个放射历程中有四分之三的加快是由单真空梅林的加快级完成的。
以是我们可以如许形貌火箭的分级，加快级站在大推力腾飞级的肩膀上腾飞，在重力不造成那么多贫苦的时间，点燃燃油服从高的主引擎陆续加快入轨。
以是，谁是谁人肩膀最硬、推力最大的巨人呢？
适才你说了"推力"对吧
推力大、放射台操纵宁静简单、可靠、稳健，有比固推更好的一次性助推器选择么？
