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佛蓋特上面級

佛蓋特（俄語：Фрегат，fregat）是由拉沃契金研發製造聯合體在20世紀90年代設計的上面級。主要應用於聯盟號運載火箭和天頂號運載火箭。這種上面級使用UDMH/N2O4常溫液體燃料。

Fregat[1]

Fregat-SB模型

製造商 NPO Lavochkin
原產國 Russia
應用範圍 Soyuz, Zenit-3F
整體參數
直徑 Fregat/Fregat-M: 3.35 m (11.0 ft)

Fregat-MT: 3.80 m (12.5 ft)

長度 1.5 m (4.9 ft)
推進劑質量 Fregat: 5,250 kg (11,570 lb)

Fregat-M: 5,600 kg (12,300 lb) Fregat-MT: 7,100 kg (15,700 lb)

空重 Fregat: 930 kg (2,050 lb)

Fregat-M: 980 kg (2,160 lb) Fregat-MT: 1,050 kg (2,310 lb)

引擎參數
引擎型號

S5.92

推力

19.85 千牛 (4,460 磅/2026 公斤)

比沖

333.2 秒

燃燒時間 1,350 秒[2]
燃料 N2O4/UDMH

簡介

佛蓋特上面級的設計目的是將大型酬載送到任一種地球軌道，而其應用範圍很廣泛，除了入軌地球軌道，也可用作現代太空探測器的逃逸級，將探測器送入星際飛行軌道。（例如金星快車和火星快車。）目前，Fregat應用最多的是作為聯盟號運載火箭的第三段。她的發動機可以重新點火25次。[2]

NPO拉沃契金曾經製造過很多行星際探測器，fregat繼承了一些來自她們的設計。火箭的主體是一組燃料箱，由在同一平面上的6個球形容器組成。其中4個是燃料箱，另外兩個裝載了控制系統，主發動機在一圈六個球星容器中央。所以Fregat是一種非常緊湊的上面級，直徑遠遠大於她的高度。

重要任務

2014年8月發射失敗

這次任務是由亞利安公司運行的，使用了Fregat-MT型上面級。在2014年8月22日這次任務被認定為失敗，其結果是兩顆伽利略導航衛星進入了錯誤的軌道。火箭在1227 GMT從圭亞那太空中心升空，發射初步成功。然而晚些時候，在Fregat-MT的第二次點火以後，兩顆衛星被發現被送上了錯誤的軌道。[3]

事故後【2014年8月25日】成立了一個獨立調查委員會對這次異常的原因進行了研究；並在2014年10月7日公布了結果。分析結果如下：[4]

這次失敗是由Fregat上面級引起的，發生在發射後的大約35分鐘、Fregat上面級二次點火前的軌道飛行階段。

以下是對當時情景的重現：

  • 事故的直接原因是在Fregat的第二次推進階段，主發動機的推力定向控制發生了錯誤。
  • 定向錯誤的原因是導航系統失去了慣性參考。
  • 慣性參考的丟失是由於慣性導航系統當時不在設計的工作範圍內。這是在軌道飛行階段中由Fregat上面級的高度控制推力器導致的。
  • 在當時，向推力器供應聯氨燃料的管線中出現了擾動。
  • 這次擾動造成了聯氨燃料發生了凍結。
  • 凍結是由於聯氨燃料管線和氦氣管線被安裝在了同一組支撐架構的，管線間距也非常近。結構件形成了兩條管線間的熱橋。
  • 製造說明中的含糊不清並沒有明確指出這種熱橋的危害。事實上其他已經製造的Fregat上面級中可能存在同樣的問題。
  • 這個設計缺陷也沒有在上面級的熱力學分析中被發現。

綜上所述，這次事故的根本原因是上面級的熱力學設計缺陷，不是製造過程中產生的問題。[4]

在2014年8月22日之後，聯盟ST-B火箭/Fregat-MT運載火箭成功地發射了三次，將六顆伽利略衛星成功的送入了預定軌道。[5][6][7]

型號

Fregat-M/Fregat-MT

Fregat-M/Fregat-MT在頂部安裝了額外的球形燃料箱。這些附加燃料箱可以在不變化飛行器體積的情況下降推進劑攜帶量從5350公斤提升到6640公斤。[2]

Fregat-SB

Fregat-SB型主要用於天頂-2SB運載火箭上。這一改型基於Fregat-M型，在此基礎上加裝了一個額外的下部可分離燃料箱，從而進一步提高了運載能力。這一花托型的燃料箱空重為360公斤，能容納最多3050公斤的推進劑。Fregat-SB的乾重為1410公斤，最大推進劑攜帶量為10150公斤。[8]

2011年1月20日Fregat-SB上面級第一次投入使用，將Elektro-L氣象衛星送入了同步軌道。[9]

Fregat上面級家族
型號 Fregat Fregat-M Fregat-MT Fregat-SB Fregat-SBU Fregat-2
主發動機 S5.92 S5.92 l.n.

(加長噴管)

S5.92 l.n.

(加長噴管)

S5.92 l.n.

(加長噴管)

S5.92 l.n.

(加長噴管)

S5.92 l.n.

(加長噴管)

發射次數 22 18 7 3 - -
低推力模式推力 13.73 kN（1,400 kgf） 13.96 kN（1,424 kgf） 13.96 kN（1,424 kgf） 13.96 kN（1,424 kgf） 13.96 kN（1,424 kgf） 13.96 kN（1,424 kgf）
高推力模式推力 19.61 kN（2,000 kgf） 20.01 kN（2,040 kgf） 20.01 kN（2,040 kgf） 20.01 kN（2,040 kgf） 20.01 kN（2,040 kgf） 20.01 kN（2,040 kgf）
低推力模式比沖 323.3 s 328.5 s 328.5 s 328.5 s 328.5 s 328.5 s
高推力模式比沖 327.2 s 333.5 s 333.5 s 333.5 s 333.5 s 333.5 s
最大推進劑質量 5,350公斤（11,790磅） 6,640公斤（14,640磅） 7,100公斤（15,700磅） 10,000公斤（22,000磅） 10,710公斤（23,610磅） 12,240公斤（26,980磅）
燃燒時間 874 s-1,235 s 1,085 s-1,535 s 1,160 s-1,640 s 1,635 s-2,310 s 1,750 s-2,475 s 2,000 s-2,830 s
燃料流量 0.0043 t/s...0.0061 t/s
總沖 16.9 MN*s-17.2 MN*s 21.4 MN*s-21.7 MN*s 22.9 MN*s-23.2 MN*s 32.2 MN*s-32.7 MN*s 34.5 MN*s-35.0 MN*s 39.4 MN*s-40.0 MN*s
資料來源 [10]

參考資料

  1. ^ "Конструкция разгонного блока "Фрегат"" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 "Fregat space tug". [2016-07-13]. （原始內容存檔於2014-06-19）. 
  3. ^ 存档副本. [2014-10-08]. （原始內容存檔於2014-10-13）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Soyuz Flight VS09: Independent Inquiry Board announces definitive conclusions concerning the Fregat upper stage anomaly (新聞稿). Evry: Arianespace. 8 October 2014 [10 April 2016]. （原始內容存檔於2016-04-09）. 
  5. ^ 存档副本. [2016-01-14]. （原始內容存檔於2016-01-27）. 
  6. ^ 存档副本. [2016-01-14]. （原始內容存檔於2016-03-03）. 
  7. ^ 存档副本. [2016-07-13]. （原始內容存檔於2016-05-06）. 
  8. ^ L'étage supérieur Fregat-SB : descriptif technique (in French). Kosmonavtika.com. 2012-12-12 [2016-07-13]. （原始內容存檔於2018-09-29）. 
  9. ^ Russia meteo satellite Electro-L successfully orbited. ITAR-TASS. 2011-01-21 [2017-06-19]. （原始內容存檔於2011-01-22）. 
  10. ^ NPO Lavochkin's Fregat upper stage, Gallery. [2015-08-05]. （原始內容存檔於2015-09-23）. 
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