书城童书小军迷告诉你:军事航天的秘密
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第9章 翔天火龙——火箭(4)

“质子”号二级型航天火箭长41米,最大直径7.4米;三级型航天火箭长57米,最大直径7.4米,航天火箭全长44.3米;四级型航天火箭加上装备有效载荷的,其长度可达58米,最大直径7.4米,起飞质量约800吨。专门用于发射各类大型星际探测器和地球同步轨道卫星,并具有一次发射3颗卫星的能力。该火箭的运载能力很强,在地球同步轨道时为2.2吨,在地球同步转移轨道时为4.6吨,在绕月球轨道时为5.7吨,在金星轨道时为5.3吨,在火星轨道时为4.6吨。1965年7月16日,前苏联在拜科努尔发射场,曾用“质子”号航天火箭,把质量为12.25吨的卫星送人近地轨道,这是前苏联首次发射如此重的卫星。

从1986年开始,前苏联面对比较困难的经济环境,遂把“质子号”航天火箭投人世界商用发射市场,为国家赚取了大量的外汇。“质子”号火箭的出厂价约为800万卢布,但1988年他们守价地球同步轨道任务发射费用为3500万美元,地球同步转移轨道任务发射费用为2800万美元,每枚火箭利润高达两三千万美元,1989年,前苏联又把“质子”号火箭地球同步轨道任务发射费用提高到4000~6500万美元,从某种意义上说,“质子”号航天火箭既是前苏联航天的“大功臣”,也是前苏联的“摇钱树”。

三、神力无穷的“能源号”

“能源号”是俄罗斯的一种重型通用运载火箭,也是目前世界上起飞质量与推力最大的火箭。它有一个专门的代号是SL17。

“能源号”是当时俄罗斯为了满足90年代,特别是21世纪初载人与非载人、军用与民用航天任务的需要,推进近地空间的工业化和战略防御研究而研制出来的。

从70年代后期开始,俄罗斯就开始研制它的巨型“能源号”火箭,1987年5月试射成功,历时13年,耗资100亿美元,由全国100多个单位参加研制。“能源号”火箭高60米,直径10米,起飞重2400吨。它的第一级是由4枚助推器构成,每一枚有1台煤油和液氧发动机,推力806吨;第二级是捆绑式,中心体的直径为8米,由4台液氢和液氧发动机组成,推力约200吨。

“能源号”火箭能把100吨重的空间站送入低地球轨道,把32吨重的宇宙飞船推到月球,将28吨重的有效载荷射入金星和火星上,还能把18吨重的飞行器送入3.6万千米高度的静止轨道。1988年10月15日,前苏联第一次用“能源号”火箭发射了第一架非载人自动飞行的宇宙飞船“暴风雪”:1991年再发射一次不载人“暴风雪”自动飞行与“和平”站对接。

“能源号”火箭在总体布局上继续沿用了自50年代后期以来前苏联大型运载火箭广泛采用的横向捆绑助推器的结构形式,即在芯级周围捆绑不同数量的助推器,用以构成助推级。与前苏联以往的运载火箭相比,“能源号”火箭具有如下的特点:

(1)有效载荷并不是配置在火箭的头部,而是安装在芯级的一侧。

(2)“能源号”火箭仅将其加速到亚轨道速度,然后在预定的轨道高度(通常约为110千米)与有效载荷分离。

(3)十分重视安全与可靠性,强化地面试验。

(4)从一开始就把火箭设计成积木式系统,采用标准的液体火箭助推器,可以通过在芯级周围捆绑2个、4个、6个或8个助推器(捆绑8个助推器时,有效载荷将配置在芯级的上方),或者以一组助推器为基础,增加不同的上面级,组成运载火箭系列,具有同低地球轨道发射大到200吨重有效载荷的能力。

(5)为解决与运载火箭多次重复使用有关的结构、回收等问题,创造了必要的试验与研究条件。

四、活力常在的“宇宙”型火箭

纵观世界各国航天火箭发展的历史,很少有同一型号的火箭能像“宇宙”型一样,通过不断的革新改进,将近半个世纪永葆青春活力,成为航天火箭大家庭中的“长青树”。“宇宙”型诞生于前苏联航天技术在世界处于领先地位的上个世纪60年代,但时至21世纪,“宇宙”型系列航天火箭还仍然被俄罗斯的航天人所青睐。

“宇宙”型航天火箭是由前苏联M·K·扬格利领导的设计局研制,共有两种型号,一种是以退役的SS—4远程导弹为第一级,外加新研制的第二级组成,被称之为“宇宙—B”型火箭,另一种是以退役的SS—5远程导弹及其与“宇宙—B”型同样的二级火箭组成,并被称为“宇宙一C”型火箭。其中的B型全长30米,重约42吨,直径1.65米,地面推力635千牛,可将300千克重的有效载荷送上低地球轨道。该火箭第一级长19.7米,两个推进剂贮箱分别装填硝酸和煤油。发动机装在尾段,高2.4米,重645千克,真空比冲264秒。其第二级上面是有效载荷和整流罩。B型火箭从1962年3月16日首次用来发射“宇宙—1”号卫星后,至1977年6月18日,苏联使用“宇宙—B”型火箭共发射了144颗“宇宙”号系列卫星。

1964年开始,前苏联开始用“宇宙—C”型火箭发射“宇宙”号系列卫星。该型火箭全长31.4米,重约75吨,直径2.44米,真空推力1760千牛。可将1吨重的有效载荷送上低地球轨道。“宇宙—C”型火箭第一级长19.3米,推进剂为硝酸和偏二甲肼。发动机由2台双燃烧室液体火箭发动机组成。每台发动机的真空推力为880千牛,第一、二级之间采用冷分离的链接。其第二级长7米,推力约为250千牛,整流罩重0.5吨,长约5米。“宇宙—C”型火箭从1964年开始发射“宇宙”号系列卫星,到1984年共发射了280颗人造卫星。

此后,前苏联和俄罗斯的航天人不断发展“宇宙”号火箭,使其“家族”势力越来越大,型号越来越多,在可以预见的时段内,“宇宙”号系列航天运载火箭仍是俄罗斯的主力火箭之一,仍将处于其他火箭难以替代的重要地位。

五、威猛的“大力神”系列火箭

“大力神”系列运载火箭,是在“大力神II”型洲际导弹基础上发展起来的,先后有“大力神II”改型,大力神3—A、3—B、3—C、3—D、3—M、3—E等几种型号。“大力神II”改型用来发射“双子星座”载人飞船:“大力神3”系列火箭主要用来发射美空军的大型军用卫星,如侦察卫星、预警卫星、通信卫星、核爆炸探测卫星等,可以一次发射多颗不同轨道的卫星。它发射的航天器达美国航天器总数的1/10左右。

马丁公司生产的“大力神3”不能直接将卫星送入静止轨道,而只能把卫星推到静止转移轨道,之后点燃卫星上面的远地点发动机或上面级火箭将它推到静止轨道。“大力神3”加上卫星自带的“巴姆DI”上面级,可把1270千克的卫星推到转移轨道;如果用“巴姆OH”,则增加到1930千克;采用“63—E”时,增加到2270千克;用“E斯科兹”,就多达2590千克;用过渡级可达5440千克。

“大力神3”能把1000吨重的卫星一举送到低地球轨道。马丁公司商用“大力神3”还可发射一箭双星,如1989年6月发射了日本“通信卫星2”和英国军用通信卫星“天网4—A”:1990年3月14日发射第二颗“国际通信卫星6”时,由于卫星未及时与二级分离,未能顺利进入预定轨道,发射失败,但6月23日第三颗“国际通信卫星6”成功发射。

马丁公司的“大力神34—D”,既能把4.536吨重的卫星直接送入静止轨道,又能把7.690吨重的卫星推到低地球轨道,空军的重型照相侦察卫星都是用“大力神34—D”发射的。它的造价为每枚6000万美元,发射“锁眼11”侦察卫星(重11~12吨)总价值为5亿美元。大力神系列共发射141次,成功135次,成功率达95.7%。

目前,美国最大的运载火箭是“大力神4”,它能将17.69吨重的有效载荷送入低地球轨道,起飞总推力达235.9吨。它高达53米,(贴士18)有两枚固体燃料助推器,每枚有10层楼那么高。1990年6月8日夜间,“大力神4”首次发射了一颗重4吨多的电子侦察卫星。起飞时发出的白光亮得在5.5千米远地方可阅读一张新闻报纸。

六、阿波罗之舟——“土星”系列火箭

“土星”运载火箭是美国专为载人登月的阿波罗工程而研制的巨型运载火箭,主要包括“土星1”、“土星1B”、“土星5”3种型号。其中“土星5”的起飞重量为3000吨,近地轨道能力达139吨,直径10米,高110米,它能把重达50吨的阿波罗飞船送入登月轨道,并先后将12名航天员送上月球。

60年代初,刚开始实行“阿波罗”登月计划时,按照计划,要使四、五十吨重的飞船挣脱出地球引力场并进入月球轨道,需要比“宇宙神”运载火箭大得多的运载工具。为了加快大型运载火箭的研制速度,美国宇航局采取了分段实现、稳步前进的策略,使用了8台H1型液氧、煤油为燃料的火箭发动机作为“土星1”的第一级发动机、总推力达到685吨(比宇宙神的起飞推力大3倍),6台液氢、液氧作燃料的发动机作为第二级发动机(总推力40.8吨)。“土星1”运载火箭最大直径为6.5米,全长38米,它的运载能力可以把近10吨的人造卫星送入地球轨道。由于“土星1”采用了成熟的火箭技术,所以试制时间不到两年就开始了飞行试验。

“土星1B”运载火箭是在“土星1”基础上的改进型号。主要有两方面改进:一是第一级使用8台H1改进型发动机,总推力提高了9%,达到754吨;二是第二级采用了大推力的氢氧发动机,推力高达104吨,是“土星1”的第二级推力的一倍半。在这样的情况下,“土星1B”的运载能力大大提高,能把18吨重的卫星送入地球轨道。

“土星1B”运载火箭主要是为“阿波罗”计划提供地球轨道飞行的运载工具,同时也为“土星5”试验了J—2型液氢、液氧发动机。这是因为“土星5”的第二级和第三级使用的都是这种型号的发动机(第二级用5台J—2号发动机、第三级用1台J—2发动机)。

“土星5”运载火箭,第一级用5台F1型液氧、煤油作燃料的发动机,每台推力为693吨,直径长10米,全长85米,在当时是美国最大的运载火箭。它能把100余吨重的人造卫星送进地球轨道,或者把50多吨重的飞船送上月球轨道。美国主要用它来完成载人登月飞行,共发射过13次,其中包括不载人的地球轨道飞行2次、载人地球和月球轨道飞行3次、登月飞行7次,以及发射“天空实验室”1次(天空实验室重82吨)。而且只有1次失败,因此发射成功率在美国的运载火箭中算是较高的。

七、联合科技的“阿里安”火箭

为了抗衡前苏联和美国在航天领域的强大发展势头,1972年法国建议西欧10国联合组成欧洲航天局,共同研制“阿里安”(又译“阿丽亚娜”)运载火箭。1973年7月研制计划获得批准。法国空间研究中心负责“阿里安”火箭的计划管理,航空航天公司负责总装。1982年首次发射迄今,“阿里安”运载火箭系列从“阿里安”1发展至“阿里安”5,共5个型号。

该型火箭发射任务非常多,在世界各国航天火箭中属首位,因此有人对其评价为“不堪重负”,这是针对其广阔的用途和频繁的发射任务,因此评价它“不勘重负”也是对它的赞誉。

“阿里安”航天火箭,是多个国家共同参与研制,多国共有的一种航天火箭,它属欧洲空间局所属10国共有,是以法国为主,其余国家参与,共同研制的大推力航天火箭。欧洲空间局研制该火箭的主要目的是用于发射地球静止轨道卫星,同时还兼顾其他有效航天载荷的发射任务。

“阿里安”航天火箭在技术方案、研制经验与计划管理等方面都很成功,并成为20世纪80年代进入世界市场的一种主要的航天运载火箭。

“阿里安”航天运载火箭系采用三级液体火箭,第一、二级推进剂用偏二甲肼与四氧化二氮,第三级用液氢与液氧,且在各级火箭推力的链接上,有其独到之外,其第三级火箭不必二次启动,一次点火即可把卫星送人地球同步轨道。

由于该运载火箭属10国共有,各国所处的经纬度不同,且对航天器提出的任务需求也不同,再加上它还要通过开拓国际市场来获取进一步发展的资金,发射任务多,需要多种火箭支持,才能满足任务需求。因此,欧洲航天局就根据这种需求,研制出了多种型号的“阿里安”航天火箭。