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曾領先長征5不止一代 俄火箭為何如今卻被甩到後面
送交者: 三把刀 2020年12月20日19:44:18 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  2020年12月15日,俄羅斯在普列謝茨克發射場發射了新一代火箭“安加拉A5”,把模擬配重送入了地球同步轉移軌道。這是俄羅斯航天事業的一個重大進展。可是我們回顧“安加拉”火箭的發展史,不得不道一聲“苦”。

  安加拉A5首次軌道發射

  安加拉火箭家族的項目啟動時間和長征五號比較接近。1992年,蘇聯剛剛解體不久,不但曾經雄心勃勃的能源火箭、航天飛機計劃被迫中斷,而且現有的火箭事業也面臨着很大的問題。對俄羅斯來說,相當多的配套廠丟在了其他加盟共和國,發射中心丟在了哈薩克斯坦。俄羅斯自己還維持着聯盟和質子兩個主要火箭體系。於是,俄羅斯高層決定,重新開發一種新的火箭家族,從供應鏈到發射場都立足國內。這個火箭系列被稱為“安加拉”,並且決定從俄羅斯本土的普列謝茨克發射。

  應該說,這個時候的俄羅斯,在火箭技術基礎上比中國要領先一個時代都不止。已經研製成功的“能源”為俄羅斯留下了技術成熟的4噴管超級發動機RD-170。這種發動機強悍到什麼程度呢?俄羅斯在它基礎上去掉兩個噴管研製出來的RD-180發動機,是美國主力軍用火箭宇宙神-5的主發動機,連年進口、欲罷不能。今年美國發射火星飛船“火星2020”所使用的,正是宇宙神-5。而“安加拉”打算採用的RD-191發動機,是把RD-170去掉三個噴管,形成一種單噴管型號。這應該是難度不大,於是俄航天局為“安加拉”設想了龐大的家族,從輕型到重型,至少有5個不同的型號,覆蓋了從小衛星到載人飛船、星際探索的全部需求。人們似乎看到一場壯麗的遠征正在揭幕。

  1994年的長征五號,卻還處在兩眼一抹黑的局面下。國內對大推力液氫液氧發動機、大型液氧煤油發動機和重型火箭毫無經驗,無論設計、生產還是試驗,都還是零基礎。聽起來,“安加拉”會把長征五號的進度遠遠甩在後面。

  安加拉A1.2構型

  然而,“安加拉”計劃剛一起步,就被迫踩了急剎車——俄羅斯政府沒有錢了。90年代中期的俄羅斯幾乎陷入了歷史的最低谷,經濟崩潰和車臣戰爭的影響,讓政府無力承擔宇航工業研發的開支。俄航天局忙着用“聯盟”和“質子”火箭低價承攬國際發射服務,勉強賺錢養活自己,哪裡有錢搞型火箭的研發?進入21世紀之後,由於石油價格上漲,俄羅斯經濟總算有了起色,可是投入“安加拉”研製的經費卻依然微不足道。到2004年,負責研製的赫魯尼切夫宇航集團走投無路,向銀行借貸了60億美元開展研製,“安加拉”的基本設計才確定下來。2008年宣布,RD-191的樣機研製成功,並且進行了試車,可以裝箭試飛。也算是取得了進展,

  這段時間裡,為“安加拉”支付研製費用的不僅僅是俄羅斯政府,還有韓國政府。俄羅斯作為一個擁有雄厚火箭底蘊的國家,在設計“安加拉”時引入了非常先進的概念,叫做“通用芯級”。分為一級和二級火箭。一級火箭是用RD-191發動機配套燃料儲箱、控制設備,形成一根根完全一樣的一級火箭。需要發射多重的衛星,就捆綁幾根。發射比較輕的衛星就只用一根、發射比較重的用三根,發射特別重的要用五根。二級火箭則是採用RD-0124A發動機為核心。這種設計讓火箭工廠的工藝設計和質量管理都大大簡化,還能通過規模效應降低成本。中國至今還沒有實現這樣的理念。美國則是在2004年首飛的德爾塔4火箭上有限實現、在2018年的重型獵鷹火箭上才徹底實現通用芯級的理念。

  俄羅斯空有美好的願望,卻沒有足夠的錢來把它變成現實。因此,當韓國為了發展火箭技術而找上門來合作的時候,俄羅斯大喜過望。雙方約定,由俄羅斯提供三枚通用芯級,支持韓國研製三枚“羅老”號火箭,要價4億美元。從2009年到2013年,羅老號三次發射兩次失敗,第三次才取得成功。但這三次飛行中,俄羅斯提供的通用芯級都表現良好。事後,俄羅斯沒有向韓國轉讓哪怕一個字節的技術。換句話說,韓國友情贊助了4億美元,為“安加拉”完成了關鍵性的研製里程碑。2014年7月,“安加拉”家中最小的型號“安加拉1.2PP”首飛成功,它採用了一根一級通用芯級一根二級通用芯級。12月,採用了5根一級通用芯級和一根二級通用芯級的“安加拉5”首飛成功。雖然這兩次飛行僅僅是亞軌道飛行,沒有達到第一宇宙速度,但畢竟是一個好的開始。

  到這個時候,“安加拉”的進度還是趕在長征五號前面的。不但長征五號自己沒有首飛,採用長五同款發動機的長征六號小型火箭也沒有首飛。然而,這時的俄羅斯政府又進入了“錢緊”狀態,隨之而來的不是高強度撥款,而是又一段漫長的等待。

  中國政府和中國人民卻沒有讓航天事業為了缺錢而苦苦等待。2015年和2016年,長征六號、五號先後首飛成功。2017年長征五號第二次飛行失利之後,國家下大力氣投入資金和資源,在2019年成功復飛。時至今日,長五已經連續四次飛行成功。這六次飛行都是軌道飛行,其中發射天問一號和嫦娥五號的任務屬於深空飛行。長五B還發射了新一代飛船的無人樣船。無論從任務適應性還是飛行經驗來說,已經把“安加拉”甩在了後面。

  “安加拉”所面臨的不僅僅是和長五的榮譽賽跑,更有獵鷹九號和太空探索技術公司的猛烈競爭。俄羅斯要是再不能拿出新一代火箭來,就要被美國徹底甩開了。這也是俄羅斯急於在2020年末尾推動“安加拉5”實施軌道飛行的原因。我們注意,本次發射的並不是衛星也不是飛船,而是一個模擬的配重塊。這是非常不經濟的做法,等於浪費了一次昂貴的運力。採取這種做法有兩種情況,一種是研製者非常有錢,不在乎白打一次,馬斯克首射“重型獵鷹”就是這樣做的;另一種是衛星業主對火箭極其不信任,不敢用寶貴的衛星去做實驗。中國在上世紀90年代為澳大利亞發射衛星時,對方也曾經提出不敢用首發火箭運載,中方用模擬衛星發射了一次,對方才放心。這次“安加拉5”發射配重塊,意味着俄羅斯國內用戶也不敢相信它。當然,飛行成功可能會對它後續承攬發射業務很大的促進作用。

  如果對比長五和“安加拉5”的性能數字,會發現長五其實更大一些。“安加拉5”起飛推力7680千牛,能把5.4噸~7.5噸的載荷送入地球同步轉移軌道,長五起飛推力10524千牛,可以運送13~14噸的載荷!不過這也和發射場位置有關,俄羅斯目前只有普列謝茨克發射場可以供“安加拉”起飛,這裡的緯度達到北緯63度。而長五使用的文昌發射場地處北緯20度。也就是說,“安加拉”能利用到的地球自轉速度微乎其微,長五卻可以大大藉助赤道附近的地球自轉速度來提高運載能力。俄羅斯本打算在靠近中國東北的遠東地方修建東方發射場,把緯度降低到北緯51度,雖然還是比文昌差得遠,但總比普列謝茨克強。然而俄羅斯人似乎缺乏“基建狂魔”的精神,東方發射場至今沒有投入使用。

  如果把火箭比喻成人,“安加拉”就是個破落貴族的子弟,雖然祖上曾經顯赫,但一出生就衣食不繼、發育不良;長五出身貧寒,卻趕上了家族興旺的時代,發育成了強壯的大塊頭。根據人們已知的發射計劃,到2030年前,長五僅僅載人航天和星際探索計劃就要發射八次,各種衛星發射計劃尚且沒有列入其中。而“安加拉”家族的發射計劃表上目前只有4次任務,其中3次是輕型的“安加拉A1.2”,一次是“安加拉A5”。至於超重型的“安加拉A7”是不是依然在研製計劃表上,俄羅斯人壓根就沒有提及。隨着中、美、歐、日新一代火箭的推進,“安加拉”是不是會被甩開,也是很難說的事情。

  最後用一個詞來總結迄今為止的“安加拉”成長史,那就是“命苦”。


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