Atlas-V 助推器的不對稱設計？

11-29

Atlas V 551的固推設計成一邊兩個一邊三個的結構，這樣肯定會導致兩邊的推力不平衡，請問這個設計有什麼作用？

難道是為了便於重力轉向階段對火箭的控制以減少芯級發動機矢量推力的工作量？

（前方多圖預警）
先甩張圖：

（從網上找的）宇宙神-5火箭 551、531、411等都是不對稱設計，美帝這是要逼死強迫症的節奏么...

那麼問題來了：①不對稱設計是否便於重力轉向？②這樣的設計有什麼用？

來看第1個問題，是加固推增加了一側的重量被壓在了下面，還是多一個推力像這樣？

我們先來看左側1個固推，右側2個固推的宇宙神-5（531）的發射：
宇宙神-5(531)發射先進極高頻衛星-2任務回顧

從視頻可以看到有2個固推的一側被壓在了下面，這麼說是因為一側質量的增加而便於重力轉向咯？別急，我們再來看題主說的左側3個固推右側2個固推的宇宙神-5（551）：
11040-2 宇宙神-5(551) AV-029 「朱諾」 [NASA剪輯]—在線播放—優酷網，視頻高清在線觀看

依舊是2個固推的一側被壓在了下面。。。

不清楚？那我們換個視角：

視頻中10:15固推分離完畢，5秒後火箭才開始大幅度轉體，大約10秒後轉體完畢。這樣看，重力轉向與固推數量的關係並不大，否則你也太小瞧RD-180引擎的矢量能力了吧~

那美帝這樣設計是為毛？

我們回到最開始的那張圖：

可以看到，不同的固推數量對應著不同的運載能力，宇宙神-5第一級火箭是一樣的（1台RD-180），上面有5個固推安裝位點，美帝根據每次任務的需要而安裝不同數量的固推，這樣既不浪費運力又節約製造成本，由此開發出了一系列的衍生型號。

宇宙神5型運載火箭第一節的由液態氧及煤油為燃料，是於阿拉巴馬州的迪凱特建造，引擎為俄羅斯的RD-180火箭引擎，第二節則是以液態氧及液態氫為燃料的半人馬座火箭。某些衍生型裝有捆綁式固態輔助火箭以增加酬載量，輔助火箭及第一節和第二節構成宇宙神5型運載火箭。
每台宇宙神5型運載火箭有三個位數來表示其運載火箭的設計結構。第一個位數代表載荷艙的直徑，以米表示，數字不是4就是5。第二個位數代表固態輔助火箭的數量，這些固態輔助火箭裝在宇宙神5型運載火箭的第一節上，如果所使用的酬載艙直徑為4米，可裝0到3枚固態輔助火箭；如果所使用的載荷艙直徑是5米，可
裝0到5枚固態輔助火箭。第三個位數是半人馬座火箭上的RL10A-4-2火箭引擎的數量，不是一枚就是二枚。單引擎半人馬座火箭(Single-
engine
Centaurs，SEC)單位時間使用燃料較少，推進時間較久，所以運載到達地球同步軌道(GEO)的人造衛星和逃脫地球軌道；雙引擎半人馬座火箭
(Dual engine Centaurs，DEC)則將人造衛星送至低地球軌道。（引自百度百科）

至於基本型火箭組合不同助推器達到不同的運載能力，是未來低成本火箭的一個發展方向，我們的長征五號也是這樣

不過我們還是中規中矩的對稱設計，畢竟沒美帝那樣吊炸天的科技。

AtlasV 一開始用的固推是阿羅捷特的AJ-60A，然後2015年宣布將會換用 Orbital ATK的 GEM63.
AJ-60A的數據是重46697公斤，推力1668.4千牛（379600磅力），燒94秒
GEM63的數據維基百科沒有，GEM60的數據是重33638公斤，879千牛（197500磅力），燒245秒，按GEM40/46/60的性能曲線來推測，應該是推力更大而燃燒時間接近。
可見發展趨勢是更小的重量、較小的推力、燒更長的時間、積累更多的總沖
那麼作為主發的RD180呢，推力是4.15兆牛（930000磅力），是AJ-60A的2.5倍、GEM60的4.7倍。考慮到AJ-60A的噴口還有3度的偏心，所以RD180的推力去補償一個固推的偏心是綽綽有餘的。更別說這貨還有個升級選項，可以裝一個推力矢量噴嘴。未來換了GEM63，偏心推力更小一點，更是輕鬆加愉快了。

前面的童鞋已經講得很仔細了，主發動機連在萬向節上，可以補償推力偏心的情況，。我來補兩張圖。

來源：https://spaceflightsystems.grc.nasa.gov/education/rocket/gimbaled.html

再次吐槽某乎不支持動圖，動圖請戳原鏈接或 https://spaceflightsystems.grc.nasa.gov/education/rocket/Images/pitch.gif。。

現實中的其他例子還有太空梭，在坎巴拉裡面做過太空梭的童鞋都知道很難復現真實情況，主要原因是主發動機萬向節擺動角度不夠，無法抵償固推帶來的偏轉力，在固推分離後又很難回正。最後只能通過暴力RCS來解決。

完全就是Atlas V最開始設計的時候沒有想到以後會有固推，後來需求來了要加固推了，一級外面有例如外部液氧管這種重要結構，RD180矢量也厲害，就裝在兩邊了