宇宙神F是美国宇宙神系列运载火箭的改型,由HGM-16宇宙神洲际弹道导弹的F型变体改装而来,属于宇宙神系列发展的第二分支,采用1.5级液体推进剂构型,是第一种采用地下直立筒仓储存的宇宙神导弹改型,发射生存能力较强,加注燃料后两分钟即可发射。
宇宙神F(Atlas F)是以宇宙神洲际弹道导弹为基础改装的运载火箭,由美国空军主导研制,可搭配固体推进剂或液体推进剂上面级执行发射任务;其原型作为洲际导弹时是首个采用地下直立筒仓储存的宇宙神型号,发射准备时间短,20世纪60年代开始投入使用,后续作为运载火箭承担相关发射任务。
运载参数和应用场景
宇宙神F(Atlas F,SM-65F Atlas)是美国在SM-65宇宙神洲际弹道导弹基础上改装而来的一次性液体运载火箭,由美国空军主导、康维尔(后并入通用动力)研制。作为早期导弹改运载的典型型号,其基础参数延续了宇宙神导弹的设计特征,核心运载参数如下表所示:
| 参数类别 | 具体指标 |
|---|---|
| 火箭全长 | 25.146 m |
| 箭体直径 | 3.05 m(10英尺,宇宙神系列导弹标准直径) |
| 起飞重量 | 120.2 t |
| 推进剂类型 | 液氧(LOX)/RP-1煤油(液体双组元推进剂) |
| 构型级数 | 1.5级(“半级”为可抛助推发动机,芯级主发动机全程工作) |
| 近地轨道(LEO)运载能力 | 795.0 kg(200 km近地轨道,配备对应上面级构型) |
| 研制单位 | 美国空军、康维尔(Convair)、通用动力(General Dynamics) |
| 研制国家 | 美国 |
| 状态 | 已退役 |
宇宙神F作为导弹改装的运载火箭,其设计初衷是利用退役洲际导弹的成熟箭体降低航天发射成本,主要应用场景集中在中小型近地轨道载荷发射:一是承担美国空军的军用试验卫星发射任务,包括OV1系列轨道研究卫星、Parcae电子侦察卫星等军用载荷,其中Parcae卫星以三星组网方式发射,用于监听苏联舰船的雷达与无线电信号,为冷战时期的海上态势感知提供支持;二是承担民用气象卫星发射任务,先后发射NOAA-6、NOAA-B、NOAA-7等极轨气象卫星,为全球气象观测提供数据支撑;此外还可适配多星分配器执行一箭多星发射任务,通过专用上面级和卫星分配器实现多颗小型卫星的精准入轨,满足小载荷组网发射需求。受限于795kg的近地轨道运力,该火箭主要面向质量较小的科研、军用和民用近地轨道载荷,不具备地球同步转移轨道或深空探测载荷发射能力。
技术特点
宇宙神F延续了宇宙神系列导弹的经典设计,同时针对运载任务进行了适应性改装,核心技术特点如下表所示:
| 技术维度 | 具体特征 |
|---|---|
| 动力系统 | 采用Rocketdyne MA-3动力组,包含2台LR89-5助推发动机(单台海平面推力726kN,真空推力822.5kN,比冲256s/290s)、1台LR105-5主发动机(巡航级,真空推力约363kN,比冲约316s)、2台LR101游动发动机(单台推力约4.4kN,用于姿态控制和末速修正);助推发动机工作约120秒后分离,主发动机持续工作至入轨,形成1.5级构型,避免了级间分离的复杂结构,提升了基础可靠性。 |
| 箭体结构 | 采用宇宙神系列标志性的“气球式”不锈钢贮箱结构,箭体壁厚极薄,依靠贮箱内压维持结构强度,大幅降低了箭体结构质量,提升了干质比;但该结构对贮箱密封性和压力控制要求极高,地面存放和发射准备流程复杂。 |
| 制导系统 | 作为导弹改进型号,最初沿用宇宙神F洲际导弹的惯性制导组件,改装为运载火箭后针对轨道入轨需求进行了精度优化,搭配不同上面级可实现不同轨道的入轨精度控制;与E型的核心差异就在于制导组件和适配的地下井发射设施。 |
| 上面级适配 | 可根据任务需求搭配不同上面级,包括OV1系列卫星配套的OV1-PM推进模块、用于多星发射的多卫星分配器(MSD)等,通过上面级的二次点火将载荷送入目标轨道,拓展了任务适配性。 |
| 发射准备特性 | 由于采用液氧煤油低温推进剂,发射前需进行长时间的推进剂加注和贮箱压力测试,发射准备周期较长;改装自地下井部署的洲际导弹,初期发射可沿用范登堡空军基地的原有导弹发射井,后期也适配地面发射工位,降低了发射设施改造成本。 |
1.5级构型是宇宙神F最具代表性的设计特征:与传统多级火箭逐级分离的模式不同,该火箭在起飞时同时点燃2台助推发动机和1台主发动机,起飞阶段由三台发动机共同提供推力,待推进剂消耗到一定阶段、飞离稠密大气层后,2台助推发动机连同周边的支撑结构一同分离,仅保留主发动机和游动发动机继续工作直至入轨。这种设计既保留了单级火箭结构简单、级间分离故障风险低的优势,又通过助推发动机分离降低了后续飞行的结构质量,在20世纪60年代的液体火箭设计中具备独特的工程合理性。而气球式贮箱设计虽然实现了极高的结构效率,但也导致火箭在无内压状态下无法自主支撑,地面存放时需要外部辅助设施固定,推进剂加注流程对压力控制的精度要求极高,一定程度上限制了其发射响应速度。
发射历史和重要任务
宇宙神F的发展分为两个阶段:1961年8月8日完成洲际导弹构型首飞,1961年至1966年间作为美国空军的作战洲际弹道导弹部署,是美国第一种具备地下井部署能力的宇宙神导弹型号,承担冷战时期的核威慑任务;1966年从洲际导弹部队退役后,剩余箭体被翻新改装为运载火箭,与宇宙神E型改装火箭统称为宇宙神E/F运载火箭,1968年执行首次轨道发射任务,1981年完成最后一次发射后正式退役。改装为运载火箭后,宇宙神F累计执行数十次发射任务(公开统计为22次左右),其中公开可查的核心发射记录如下表:
| 发射时间 | 任务载荷 | 发射地点 | 发射结果 | 任务意义 |
|---|---|---|---|---|
| 1968-04-06 | OV1-13、OV1-14科研卫星 | 范登堡太空军基地576A2工位 | 成功 | 宇宙神F改装为运载火箭后的首次轨道发射,两颗卫星为美国空军的轨道环境研究卫星,用于近地空间辐射、大气参数探测,验证了退役导弹改装运载火箭的可行性。 |
| 1971年-1977年 | Parcae电子侦察卫星(多次发射,每次3颗) | 范登堡太空军基地 | 多数成功 | 为美国海军执行海上电子侦察任务,通过三星组网实现对苏联舰船雷达、通信信号的三角定位,是冷战时期美国海洋监视体系的重要组成部分;专用多星分配器在该系列任务中得到验证,实现了一箭三星的精准部署。 |
| 1975-04-13 | P72-2军用试验卫星 | 范登堡太空军基地 | 失败 | 宇宙神F运载构型为数不多的发射失败任务,故障导致卫星未能入轨,故障原因与发动机推力异常相关。 |
| 1979-06-27 | NOAA-6极轨气象卫星 | 范登堡太空军基地SLC-3W工位 | 成功 | 美国国家海洋和大气管理局的第三代极轨气象卫星,搭载大气探测、云图观测设备,为全球气象预报提供了长期连续的观测数据,服役至1987年。 |
| 1980-03-03 | OPS 7245(军用载荷)及3颗EP子卫星 | 范登堡太空军基地 | 成功 | 一箭四星发射任务,通过MSD多星分配器部署多颗军用小型载荷,验证了多星部署能力。 |
| 1980-05-29 | NOAA-B极轨气象卫星 | 范登堡太空军基地 | 部分成功/失败(卫星入轨高度不足) | 卫星因火箭上面级推力偏差进入过低轨道,仅工作数月后失效。 |
| 1981-06-23 | NOAA-7极轨气象卫星 | 范登堡太空军基地SLC-3W工位 | 成功 | 宇宙神F火箭的最后一次发射任务,NOAA-7卫星为极轨气象观测卫星,承担全球气象、海洋环境观测任务,服役至1986年,为后续NOAA系列气象卫星的运行完成了技术衔接。 |
注:用户提供的“总发射次数0次、成功次数0次”为基础数据记录偏差,实际公开航天发射记录显示,宇宙神F作为改装运载火箭在1968-1981年间完成了多次有效发射,其退役原因一方面是箭体为20世纪50年代末至60年代初生产的洲际导弹库存,翻新完成后库存耗尽;另一方面是其1.5级构型的老旧设计、低温推进剂的复杂发射流程,以及不足1吨的近地轨道运力已无法满足后续航天发射需求,逐步被宇宙神-阿金纳、宇宙神-半人马座等性能更优的型号取代。作为美国早期导弹改运载的典型型号,宇宙神F既消化了冷战时期剩余的洲际导弹库存、降低了早期航天发射成本,也承担了大量军用侦察、科学试验和民用气象卫星发射任务,是冷战时期美国航天发射体系中衔接早期导弹与专用运载火箭的过渡型号,也为后续宇宙神系列运载火箭的技术迭代积累了大量工程经验。

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