□ 李浩悅
莫斯科時(shí)間7月9日16時(shí),俄羅斯最新研制的輕型“安加拉”1.2PP(PP意為“首次發(fā)射”)火箭從普列謝茨克航天發(fā)射場(chǎng)起飛,222秒后,火箭一子級(jí)分離,繼續(xù)飛行232秒后,整流罩成功分離,在發(fā)射約21分鐘后,火箭飛抵距發(fā)射場(chǎng)5700千米的勘察加半島庫(kù)拉靶場(chǎng)。
“安加拉”1.2PP是專門用于此次首飛任務(wù)的火箭型號(hào),為兩級(jí)型火箭,一子級(jí)和二子級(jí)均為通用火箭模塊,此次飛行僅攜帶模擬有效載荷進(jìn)行亞軌道飛行,目的是驗(yàn)證各子級(jí)、箭載系統(tǒng)及地面發(fā)射支持系統(tǒng)的性能,為計(jì)劃在2014年12月底首飛的重型“安加拉”A5火箭做準(zhǔn)備。
“安加拉”火箭是完全由俄羅斯設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn)的新一代火箭,可從俄羅斯境內(nèi)向不同的軌道發(fā)射各種類型的衛(wèi)星,使俄羅斯真正具備完全獨(dú)立進(jìn)入空間的能力。該火箭研發(fā)工作前后用了近20年時(shí)間,耗資約30億美元。
“安加拉”1.2PP火箭發(fā)射升空
蘇聯(lián)解體后,原先完整配套的航天體系分散在各個(gè)國(guó)家,比如:世界上最大的發(fā)射場(chǎng)——拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)位于哈薩克斯坦境內(nèi),俄羅斯“質(zhì)子”號(hào)重型火箭發(fā)射依賴該發(fā)射場(chǎng)。為了擺脫對(duì)原加盟共和國(guó)的依賴,在國(guó)際航天發(fā)射市場(chǎng)保持長(zhǎng)久的競(jìng)爭(zhēng)力,俄羅斯決心研制新的火箭,該火箭的所有系統(tǒng)的研制生產(chǎn)都應(yīng)在俄羅斯完成,并且要從俄羅斯境內(nèi)的發(fā)射場(chǎng)發(fā)射。
1992年8月3日,在軍事航天部隊(duì)科技委員會(huì)《運(yùn)載工具的現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展改進(jìn)》的問(wèn)題的決定和1992年9月15日俄聯(lián)邦政府決議的基礎(chǔ)上,宣布招標(biāo)研制新的重型火箭系統(tǒng)。項(xiàng)目在“能源”火箭航天集團(tuán)、赫魯尼切夫國(guó)家航天科研生產(chǎn)中心(以下簡(jiǎn)稱赫魯尼切夫公司)和“馬克耶夫設(shè)計(jì)局”國(guó)家導(dǎo)彈中心三家公司間競(jìng)爭(zhēng)。最后,以研制生產(chǎn)“質(zhì)子”號(hào)火箭聞名的赫魯尼切夫公司勝出。
使用貝加爾助推器的“安加拉”火箭方案
新火箭名為“安加拉”,源自俄羅斯西伯利亞?wèn)|南部的安加拉河。1994年8月,赫魯尼切夫公司啟動(dòng)“安加拉”火箭的研制工作。該公司起初打算在烏克蘭“天頂”號(hào)火箭基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā),并于1995年6月拿出了初步設(shè)計(jì)方案,但遭到否決,因?yàn)槎砹_斯需要的是可以完全取代“旋風(fēng)”號(hào)、“天頂”號(hào)、“宇宙”號(hào)、“隆聲”號(hào)和“質(zhì)子”號(hào)火箭的新型系列化火箭。1998年4月,赫魯尼切夫公司完成了最終方案設(shè)計(jì)。新火箭按照模塊化、通用化的設(shè)計(jì)原則,利用通用火箭模塊、上面級(jí)的不同組合,形成多種型號(hào)的火箭,并且所有型號(hào)的“安加拉”火箭均可在同樣的發(fā)射設(shè)施上執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。
按照最初的計(jì)劃,“安加拉”火箭應(yīng)當(dāng)于2005年進(jìn)行首次飛行試驗(yàn),然而由于缺少足夠的國(guó)家支持,訂貨方和執(zhí)行方溝通協(xié)調(diào)不足,國(guó)家撥款時(shí)斷時(shí)續(xù),期間還遭遇了兩次世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)。赫魯尼切夫公司不得不向銀行借貸60億盧布研發(fā)資金。2008年以后,火箭研制步伐開(kāi)始加快,赫魯尼切夫公司多次放出“安加拉”火箭即將試飛的消息,但首飛時(shí)間數(shù)度推遲,先是2011年,后又改為2012年、2013年、2014年。
近年來(lái)火箭研制工作的重要進(jìn)展如下:
2009年4月29日,在導(dǎo)彈航天工業(yè)科研試驗(yàn)中心進(jìn)行第一級(jí)通用火箭模塊第一批冷試車,目的是綜合調(diào)試發(fā)動(dòng)機(jī)低溫推進(jìn)劑(液氧)供給系統(tǒng)及其控制邏輯。
2009年6月18日,在導(dǎo)彈航天工業(yè)科研試驗(yàn)中心進(jìn)行第二批冷試車,這次使用了兩種推進(jìn)劑,在試驗(yàn)臺(tái)條件下綜合檢驗(yàn)的推進(jìn)劑供給系統(tǒng)的工作能力。
2009年7月30日,在導(dǎo)彈航天工業(yè)科研試驗(yàn)中心IS-102試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行第一級(jí)通用火箭模塊的點(diǎn)火試驗(yàn),試驗(yàn)工作2009年11月26日結(jié)束。
2010年11月18日,在導(dǎo)彈航天工業(yè)科研試驗(yàn)中心成功進(jìn)行了第二級(jí)通用火箭模塊點(diǎn)火試驗(yàn),這是飛行試驗(yàn)前的最后階段的地面試驗(yàn)。
2011年5月23日,俄聯(lián)邦國(guó)防部與航天局組成的跨部門委員會(huì)確定,RD-191發(fā)動(dòng)機(jī)順利結(jié)束了地面調(diào)試。
2012年10月,順利結(jié)束了“安加拉”火箭結(jié)構(gòu)部件的低溫強(qiáng)度測(cè)試,驗(yàn)證了火箭第三級(jí)艙段的強(qiáng)度,以及“安加拉”A3和“安加拉”A5的結(jié)構(gòu)分離部件。
此外,第一級(jí)通用火箭模塊作為韓國(guó)“羅老”號(hào)火箭的第一級(jí),分別于2009年、2010年和2013年進(jìn)行了三次飛行(只有最后一次成功)。
2012年11月,俄羅斯國(guó)防部長(zhǎng)邵伊古在到發(fā)射場(chǎng)視察中,了解“安加拉”火箭發(fā)射設(shè)施的工作進(jìn)展情況,決定對(duì)發(fā)射場(chǎng)設(shè)施的建設(shè)工作進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督,制定了明確的發(fā)射時(shí)間表,空天防御部隊(duì)司令每天聽(tīng)取工作進(jìn)展報(bào)告,國(guó)防部副部長(zhǎng)鮑里索夫每?jī)芍苈?tīng)取一次匯報(bào),國(guó)防部長(zhǎng)邵伊古每月聽(tīng)取一次工作進(jìn)度匯報(bào)。正是在軍方高層的監(jiān)督下,發(fā)射場(chǎng)的設(shè)施建設(shè)進(jìn)度才有了保障。
原料:清湯500 g,動(dòng)物凝膠40 g,洋蔥、胡蘿卜、香芹菜根、鹽各適量,雞蛋清 2~3個(gè),熟肉 500 g。
在2013年5月底,俄副總理羅戈金在俄政府總理梅德韋杰夫參加的會(huì)議上表示,“安加拉”火箭預(yù)計(jì)將于2014年5月底從普列謝茨克發(fā)射場(chǎng)發(fā)射。直到2014年6月,人們才第一次看到“安加拉”1.2PP火箭佇立在發(fā)射臺(tái)上。預(yù)訂6月25日的試射推遲到27日,可就在發(fā)射前79秒,火箭因技術(shù)故障自動(dòng)推遲發(fā)射,當(dāng)時(shí),觀看直播的普京總統(tǒng)大為惱火,要求盡快查清故障原因。
俄專家在初步評(píng)估后認(rèn)為,需要將火箭從發(fā)射臺(tái)撤下進(jìn)行詳細(xì)故障排查。7月初,該火箭再次被運(yùn)往發(fā)射臺(tái),并于9日發(fā)射成功。
“安加拉”系列火箭結(jié)構(gòu)示意圖
等待發(fā)射的“安加拉”
1.模塊化、系列化、通用化
“安加拉”系列火箭最大的特點(diǎn)是采用模塊化、系列化、通用化的設(shè)計(jì)理念。高度標(biāo)準(zhǔn)化的第一級(jí)和第二級(jí)通用火箭模塊(URM-1和URM-2),以及兩種系列上面級(jí)(“微風(fēng)”號(hào)系列和使用氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫上面級(jí))構(gòu)成了各型安加拉火箭的基礎(chǔ)。
第一級(jí)通用火箭模塊URM-1長(zhǎng)25.1米,直徑2.9米,配裝RD-191液氧/煤油液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),加注燃料后的重量達(dá)149噸。根據(jù)火箭第一級(jí)所用URM-1數(shù)量不同,“安加拉”火箭可分為4個(gè)型別8種型號(hào):輕型“安加拉”1火箭(包括“安加拉”-1.1、-1.2)第一級(jí)使用一個(gè)URM-1;中型“安加拉”A3火箭(包括“安加拉”-A3、-A3/KVSK);重型“安加拉”A5火箭(包括“安加拉”-A5、-A5/KVTK)分別使用三個(gè)和五個(gè)URM-1;未來(lái)還可能會(huì)出現(xiàn)使用7個(gè)URM-1的重型“安加拉”A7火箭(包括“安加拉”-A7.2、-A7.2V)。其中,最輕的“安加拉”火箭發(fā)射質(zhì)量149噸,而最重的火箭發(fā)射質(zhì)量超過(guò)1100噸,近地軌道運(yùn)載能力覆蓋范圍達(dá)2噸~50噸。
除了通用火箭模塊外,“安加拉”火箭在控制系統(tǒng)、測(cè)量設(shè)施、有效載荷整流罩等方面也大量采用標(biāo)準(zhǔn)化組件。此外,“安加拉”系列火箭的地面發(fā)射系統(tǒng)繼承了“天頂”號(hào)火箭的發(fā)射陣地,具有射前準(zhǔn)備和發(fā)射操作過(guò)程高度自動(dòng)化的特點(diǎn),發(fā)射陣地可用于“安加拉”系列所有型號(hào)火箭的發(fā)射,發(fā)射陣地只需做少量改變,即可交替發(fā)射“安加拉”系列不同型號(hào)的火箭。
“安加拉”系列各型火箭基本性能參數(shù)
2.清潔的高性能液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)
俄羅斯現(xiàn)役重型“質(zhì)子”火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用有毒的四氧化二氮/偏二甲肼做推進(jìn)劑,在貯存、運(yùn)輸及加注等操作過(guò)程中需要特別處理,火箭子級(jí)濺落所含的剩余燃料會(huì)污染土壤,火箭發(fā)射一旦發(fā)生事故,也會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大污染。
值得強(qiáng)調(diào)的是,俄羅斯在研制補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)方面經(jīng)驗(yàn)豐富,技術(shù)水平遙遙領(lǐng)先其他國(guó)家。俄上世紀(jì)80年代研制成功地面推力740噸級(jí)的四燃燒室RD-170發(fā)動(dòng)機(jī),達(dá)到了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)頂峰,90年代后向美國(guó)、歐洲、印度、韓國(guó)等國(guó)家出口發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)。美國(guó)“宇宙神”5號(hào)火箭使用的RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)正是RD-170發(fā)動(dòng)機(jī)的雙燃燒室改型,“安加拉”火箭URM-1所用的RD-191發(fā)動(dòng)機(jī)同樣源自RD-170發(fā)動(dòng)機(jī),是其單燃燒室型改型,地面推力200噸,是生態(tài)清潔的高性能液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。
3. 箭體結(jié)構(gòu)件大量使用復(fù)合材料
第一級(jí)可重復(fù)的“貝加爾”助推器
研發(fā)中的“貝加爾”可重復(fù)使用助推器
“貝加爾”可重復(fù)使用助推器多視角圖
結(jié)構(gòu)件中復(fù)合材料的比例,是火箭現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。俄羅斯奧布寧斯克“工藝技術(shù)”科研生產(chǎn)企業(yè)總經(jīng)理奧列格·科米薩爾表示,“安加拉”重型火箭廣泛使用聚合物復(fù)合材料(其用量比“質(zhì)子”-M火箭高出20%)??泼姿_爾特別指出,“安加拉”火箭大量使用復(fù)合材料制造火箭頭部整流罩。復(fù)合材料殼體質(zhì)量輕,強(qiáng)度高,還可降低噪聲影響。如果頭部整流罩使用鋁和玻璃鋼,為了抵御火箭發(fā)射時(shí)高達(dá)100分貝的噪聲對(duì)有效載荷的影響,內(nèi)部需要包裹半米厚的護(hù)墊,這不僅增加了質(zhì)量,也減少了內(nèi)部空間。赫魯尼切夫公司與奧布寧斯克“工藝技術(shù)”科研生產(chǎn)企業(yè)共同開(kāi)發(fā)了新的5米直徑重型火箭整流罩,相對(duì)于當(dāng)前使用的直徑4米的整流罩,可將火箭的運(yùn)載能力從6噸提高到8噸。
4.未來(lái)或可發(fā)展出部分可重復(fù)使用的產(chǎn)品
“安加拉”火箭的引人之處還在于提出了第一級(jí)可重復(fù)使用概念,即研制可重復(fù)使用的一子級(jí)通用助推器——“貝加爾”助推器。這是一種外形與飛機(jī)相似的可返回重復(fù)使用的火箭助推器,它帶有機(jī)翼和尾翼,是一種可以自動(dòng)控制的飛行器?;鸺痫w時(shí),助推器兩側(cè)的機(jī)翼折疊,利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火推動(dòng)火箭加速上升,上面裝有大約110噸的推進(jìn)劑,可以把火箭送到大約60 千米的高空。隨后,“貝加爾”助推器與火箭其他部分分離,機(jī)翼打開(kāi),滑行飛過(guò)稀薄的外大氣層。最后,安裝在飛行器筆尖型部位的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作,并利用自己的導(dǎo)航系統(tǒng)使助推級(jí)像飛機(jī)一樣返回發(fā)射基地。
俄專家分析認(rèn)為,使用“貝加爾”助推器可以節(jié)省30%的發(fā)射成本。“貝加爾”助推器研制工作還在進(jìn)行當(dāng)中,同時(shí)也面臨俄羅斯國(guó)內(nèi)其他類似設(shè)計(jì)方案的競(jìng)爭(zhēng),未來(lái)能否實(shí)現(xiàn)還不確定。
由于“安加拉”系列火箭運(yùn)載能力覆蓋范圍寬,完全研制成功后將可以取代“質(zhì)子”-M(“安加拉”-A5、-A7),“天頂”-2(“安加拉”-A3),“旋風(fēng)”-2/3(“安加拉”1.2)和“宇宙”3M(“安加拉”1.1)幾種其他火箭。并且,“天頂”號(hào)火箭和“旋風(fēng)”號(hào)是由烏克蘭研制的產(chǎn)品。在俄羅斯,只有“聯(lián)盟”系列火箭不能被它取代。在“安加拉”系列火箭各型號(hào)全部問(wèn)世后,可保障俄羅斯完全獨(dú)立進(jìn)入空間的能力,在遠(yuǎn)東新建的“東方”發(fā)射場(chǎng)投入使用后,還將獲得更加強(qiáng)大的空間運(yùn)輸能力。
“安加拉”火箭對(duì)于俄羅斯獨(dú)立開(kāi)展空間活動(dòng)有重要意義。1995年1月6日,俄聯(lián)邦總統(tǒng)頒布了《關(guān)于研制“安加拉”火箭》的總統(tǒng)令,將研制“安加拉”火箭確定為具有國(guó)家重要性的任務(wù)。把“安加拉”火箭研制確定為一項(xiàng)國(guó)家的重要任務(wù)并非偶然。首先,對(duì)于發(fā)射地球靜止軌道有效載荷來(lái)說(shuō),俄目前只能靠“質(zhì)子”號(hào)火箭從哈薩克斯坦的拜科努爾發(fā)射場(chǎng)完成。而重型“安加拉”火箭(-A5、-A7)強(qiáng)大的運(yùn)載能力,使俄從本國(guó)的普列謝茨克航天發(fā)射場(chǎng)也可執(zhí)行這樣的任務(wù)。
在當(dāng)今世界航天發(fā)射服務(wù)市場(chǎng)上,俄羅斯火箭具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,年發(fā)射次數(shù)占全球40%以上,長(zhǎng)期保持世界第一?!鞍布永被鸺K化、通用化的設(shè)計(jì)理念可提高整個(gè)火箭系列零部件的通用性,有助于實(shí)現(xiàn)火箭零部件的批量化生產(chǎn),各型火箭從同一個(gè)通用發(fā)射臺(tái)執(zhí)行發(fā)射任務(wù),這些措施將大幅降低火箭的研制生產(chǎn)成本和地面基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)維護(hù)成本,從而繼續(xù)強(qiáng)化俄羅斯在運(yùn)載領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位,也必將進(jìn)一步增強(qiáng)其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
“安加拉”火箭20年曲折的發(fā)展歷程,見(jiàn)證了俄羅斯航天的興衰。新老火箭交替需要一定時(shí)間,“安加拉”系列火箭完全投入使用估計(jì)要到2020年前后。作為備受矚目的新一代產(chǎn)品,此次“安加拉”火箭首飛成功,或許正預(yù)示著俄航天業(yè)迎來(lái)新的曙光。
正在進(jìn)行試驗(yàn)的通用火箭模塊