苏联红星大战计划--详解苏联初步成型太空军事力量(下)

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导读:世界之最!! 能源号模块化巨型运载火箭!! 80年代初以来,西方分析家一直在推测,苏联在研制一种能把100~150吨重的有效载荷送到低地轨道的新的大型运载火箭。1987年5月15日,苏联发 射了能源号超级运载火箭,证实了这一猜测。这种火箭很可能采用了一些极其先进的设计原理,本文将概述这种火箭的突出特点。 能源号火箭采用全新结构,具有新的特性。这种火箭的运载能力很大,寿命长,性能高。它一次就能把100吨的有效载荷送到低地轨道,这相当于现在苏联每年送 人低地轨道的总有效载荷的l/3。一枚能源号火箭



苏联红星大战计划--详解苏联初步成型太空军事力量(下)


世界之最!! 能源号模块化巨型运载火箭!!

80年代初以来,西方分析家一直在推测,苏联在研制一种能把100~150吨重的有效载荷送到低地轨道的新的大型运载火箭。1987年5月15日,苏联发 射了能源号超级运载火箭,证实了这一猜测。这种火箭很可能采用了一些极其先进的设计原理,本文将概述这种火箭的突出特点。 能源号火箭采用全新结构,具有新的特性。这种火箭的运载能力很大,寿命长,性能高。它一次就能把100吨的有效载荷送到低地轨道,这相当于现在苏联每年送 人低地轨道的总有效载荷的l/3。一枚能源号火箭低地轨道的运载能力相当于5枚质子号SL—13火箭或15艘联盟A一4飞船的运载能力。 因此,能源号火箭是苏联进行航天活动的一种全新运载工具。苏联从G型火箭的失败中吸取了许多重要教训,能源号火箭的设计工作是从头开始的,它的基本技术规 范如下: 1.送到低地轨道的有效载荷重量不低于100吨; 2.全部采用低温燃料——可用液体甲烷或液氢; 3.采用液体燃料,使每一级都可以控制; 4.所有重要的部件都要回收;· 5.重点放在机组人员的安全上。

“能源号”是苏联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。西方国家取的代号是SL—17。

为实现载人登月,苏联从50年代末就开始研制H—1重型运载火箭(西方国家称之为G型火箭,取代号为SL—15),但在研制过程中屡遭挫折。1974年5月,苏联停止执行H—1火箭计划,开始了“能源号”火箭的方案论证工作。

“能源号”是苏联为了满足90年代、特别是21世纪初载人与不载人、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的。它的主 要任务包括:发射多次使用的轨道飞行器;向近地空间发射大型飞行器、大型空间站的基本舱或其它舱段、大型太阳能装置;向近地轨道或地球同步轨道发射重型军 用与民用卫星;向月球、火星或向深空发射大型有效载荷。

“能源号”是作为火箭—空间大系统的一个组成部分和这个大系统的其它组成部分统一协调发展的。大系统自1976年开始,由能源科研生产联合体负责研 制。整个系统的研制费用高达140亿卢布或524亿美元(1989年币值)。大系统中“能源号”火箭的总设计师是古巴诺夫(S.H.FyaaHoB)。有 近百个设计局、工厂、企业和研究所直接参加了“能源号”的研制工作。目前投入使用的仅是“能源号”的基本型,于1987年5月15日首次发射,1988年 11月15日第二次发射,运载了“暴风雪号”轨道飞行器,两次发射都获得成功。

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总 体 布 局

“能源号”火箭在总体布局上继续沿用了苏联大型运载火箭自50年代后期以来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。1987年5月投入使用的仅是“能源号”火箭的基本型。从外形图可以看出,它由芯级、助推级与有效载荷组成,助推级则由捆绑在芯级两 侧的4个相同的液体火箭助推器组成。

“能源号”与苏联以往的运载火箭相比,具有如下的特点:

1) 有效载荷并不配置在火箭的头部,而是安装在芯级的一侧。

2) “能源号”火箭并不直接将有效载荷运送入轨,而仅将其加速到亚轨道速度,在预定的轨道高度(通常约为110km)与有效载荷分离。有效载荷在分 离后尚需依靠自身的发动机提供推力,加速飞行,直至进入所要求的轨道。采用这种工作模式既可使芯级在与有效载荷分离后自毁时所产生的大量碎片不会对近地空 间造成污染,又可使运载火箭具有较大的使用灵活性,以满足多种有效载荷与不同用途的运载需要。

3) 十分重视安全与可靠性,强化了地面试验。在飞行中即使助推级或芯级有一台发动机出现故障,火箭仍可继续进行有控制的飞行。火箭的推重比可以降低到1.25:1。

4) 从一开始就把火箭设计成积木式系统。火箭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,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,具有向低地球轨道发射/Jx~10t,大至200t有效载荷的能力。捆绑8个助推器时,有效载荷将配置在芯级 的上方。

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。“能源号”迄今仍是二次使用的运载火箭,费用昂贵。为了大幅度地降低使用成本,苏联正在进行火箭助推级和芯级回收与重复使用的可行性研究。在“能源号”火箭每个助推器外侧的上、

下两端增设了回收设备舱,在底部还可以安装一个独特的折叠式桨叶状减速机构。在“能源号”发射后可以借助回收系统来回收助推级乃至芯级。

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有 效 载 荷

“能源号”火箭的有效载荷大致可以分为轨道飞行器与其它载荷两大类,均配置在运载火箭的一侧。由于“能源号”并不直接将有效载荷运送入轨,因此除轨道 飞行器外,其它有效载荷都装在火箭旁侧的大型通用货舱内。货舱实际上起上面级的作用,配有自己的推进系统。货舱长42m,直径6.7m,内部有效容积达 1000m3,净质量(不包括推进系统)约15t。货舱有三种不同的状态,但采用相同的外形尺寸,可以满足不同轨道的运载需要。

第一种状态的货舱包括上部的有效载荷和下部的喷气操纵级(RCS)。RCS采用一台推力达85kN的液氧/煤油辜发动机提供推力,并用游动发动机控制 货舱的飞行姿态。主发动机系统长5.5m,直径3.7m,推进剂质量11~15t。主发动机可以多次起动。这种货舱能把88t载荷送入200km轨道或把 81.5t载荷送/k.600km轨道。除向低地球轨道运送有效载荷外,这种货舱还可用作轨道间的空间拖船或用于与行星交会的机动飞行器。

第二种状态的货舱与第一种状态的基本上相同,但用“能源号”上面级(EUS)取代了RCS。EUS用一台推力达100kN的液氧/液氢主发动机提供推 力,并用游动发动机进行姿态控制。主发动机系统长16.47m,可以多次起动,推进剂质量70t。这种货舱的主要用途是将有效载荷送入高轨道(包括地球静 止轨道)、月球轨道和行星际轨道。

第三种状态的货舱既使用RCS,又使用EUS,主要用于执行行星际轨道飞行与着陆任务。

对于第一、二、三种状态的货舱来说,有效载荷的长度分别可达35m、23.5m和19.5m,最大直径均为5.5m。

典型飞行程序

在起飞前约13s,助推器与芯级的发动机几乎同时在地面点火工作。芯级发动机先点燃,紧接着助推级的发动机也点燃。采用地面同时点火的方案可以避开发 动机高空点火的问题,有利于提高发射可靠性。火箭在起飞前3s达到全推力,起飞后20s需要适当降低芯级发动机的推力,以使火箭在主动段的气动载荷不致过 大。火箭起飞后不久,即开始偏东飞行。

助推级的4台发动机在工作约148s后关机,这时火箭达到40km高度与1.8kin/s速度。在此高度上4个助推器分成两对先后与芯级分离,落在距发射点约400km的预定区域。助推器也可借助回收系统在地面回收。

芯级继续工作,直至点火后约380s关机。这时火箭达到110km高度与亚轨道速度(约6km/s)。芯级在此高度与有效载荷分离,滑行约30min后再入大气层,最后溅落在太平洋的预定水域。有效载荷再依靠自身发动机的推力加速飞行,直至进入预定的轨道。

发 展 趋 势

“能源号”火箭的主要发展趋势是:

1)以基本型为基础,逐步扩展,形成不同运载能力的运载火箭系列。考虑采用的方案有:

在芯级两侧捆绑2个助推器,火箭质量1700t,地面推力19613kN,真空推力23536kN,运载能力65t(近地轨道);在芯级周围捆绑 6个助推器,运载能力提高到150t(近地轨道);在芯级四周捆绑8个助推器,火箭质量4000t,地面推力63740kN,真空推力70608kN,运 载能力200t(近地轨道)。

2)研究与解决运载火箭的回收与重复使用问题,以便大幅度地降低运载成本。正在研究两个基本方案:助推器装备回收系统(降落伞、反推火箭、着陆装 置等),使助推器在分离后能够有控制地下降与着陆;芯级装机翼,使其能滑翔返回发射场。前一方案正在研究中,后一方案是长远方案,当前仅在进行可行性研究。

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这个组合方案的运载量为185吨 这样的只需要两次就能发射一个国际空间站。

再说说暴风雪号航天飞机吧

前苏联总共建造的5架用于开展飞行活动的“暴风雪”航天飞机的归宿

OK-1K1(“暴风雪”号)是前苏联唯一一架进行过自动驾驶模式下太空飞行的航天飞机,在2002年的一次厂房坍塌事故中被毁,并于2002年5月12日被完全拆解。所有权归哈萨克斯坦。

2002年,暴风雪号航天飞机中可以飞行的一架连同能源号火箭一道,因拜科努尔的厂房坍塌而被摧毁

OK-1K2(“小鸟”号),原计划用于实施第二次自动驾驶模式下的太空飞行并与“和平”号空间站实施对接。所有权归哈萨克斯坦,目前被拜科努尔航天发射场博物馆收藏。

OK-2K1(“贝加尔”号)至停工前只完成了30-50%,现收藏于德国辛斯海姆(Sinsheim)的航空博物馆之中

OK-2K2只完成了10-15%,部份被拆开,其余部份存放在莫斯科附近的图什诺(Tushino)机器制造厂之中

OK-3K2未完工便被拆毁

经过三个小时无人自动飞行即返回地的OK-1K1 这在当年也算是一个壮举了。

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前苏联建造的8架“暴风雪”航天飞机的测试机,试验机用以测试数据或者作大气飞行,亦有些仅为测试电子组件摆放、驾驶程序的模型。

空中及静态试验机

OK-M(后称OK-ML-1),1982年静态测试;静态测试部份:零件、常温静态加载、质量惯性矩、载荷、发射载具接口测试(水平及垂直),现存放于拜科努尔太空中心之中

OK-KS(003),1982年静态电力/整合测试 ;静态测试部份:电子及电力,现存放于科罗廖夫的“能源”号工厂

OK-MT(后称OK-ML-2),1983年机械模型; 静态测试部份:设备使用说明、液体及气体加载方法、密封系统完整性、船员进出、说明书,现存放于拜科努尔太空中心。

OK-GLI(“暴风雪”号全尺寸空气动力模拟,代号BTS-02,报废前共进行了24次飞行模拟),1984年空中测试 ,模疑空中试验机:共进行过24次空中试飞及9次滑行测试。最终由德国施派尔城技术博物馆购入,原本预定于2005年付运到德国。但直至2006年6月为止仍被停放在巴林。(详见上文)

OK-??? (005?) ,静态测试、震动及真空试验机,现存位置不详。

OK-TVI,静态热力/真空测试场;静态测试部份:热力/真空环境测试箱、热平衡过程,现存位置不详。

OK-??? (008?) ,静态测试、震动及真空试验机,现存位置不详。

OK-TVA,静态测试、结构试验机:加载及压力、热力及震动,现存放于莫斯科的高尔基公园之中。

现停放在高尔基公园内的OK-TVA试验机。

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该发射场区是一个多功能、多用途发射场区,包括“能源”号超重型火箭和“暴风雪”号航天飞机发射设施以及相应的地面支持设施和特殊的着陆跑道、着陆 场区。“能源”号超重型火箭与运载美国航天飞机的助推火箭类似,第一级捆绑4个直径4米、长40米的助推器,芯级直径达8米,长60米。火箭第一级和芯级 采用液氧煤油,第二级为液氢液氧低温燃料,起飞质量达到2400吨,可以将100吨的有效载荷送入低地球轨道。该火箭凝聚了前苏联成千上万名航天工程师的心血,是前苏联各方合作的典范。这一项目震惊了当时的整个世界航天界。 如此巨大的运载火箭,需要怎样的组装测试厂房呢?它的组装测试厂房长220米、宽190米、高47米,是拜科努尔发射场最大的设施。在建设过程中,每天动用2000多名建筑工人,日夜奋战。这在20世纪60年代末和70年代初是难以想像的。 “暴风雪”号航天飞机长36.4米、高16.45米,可以携带30吨的货物和航天员往返于太空和地球之间。其组装测试厂房长224米、宽122米、高34米,可以同时容纳3架暴风雪号航天飞机。

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(“能源”号火箭+“暴风雪”号航天飞机)发射场区占地1000公顷,上百种设施可确保50多种高新技术和 200多个分系统安全有序地工作。(“能源”号火箭+“暴风雪”号航天飞机)发射场区是一个五层地下混凝土结构,包括控制、测试和其它设施。它通过两条间 距18米宽的铁轨与发射塔架连接,由4台机车牵引能源号火箭/暴风雪号航天飞机这一巨大的飞行联合体。 该发射设施的独特之处在于融发射和测试为一体,不仅能用于“能源”号火箭的发射准备和起飞,而且还可以进行火箭发动机点火试验和燃料加注。所有发射设施均 通过发控中心的计算机系统来操作,高水准的自动倒计时系统可以实时监控500多项装有预制程序的紧急状态。 “暴风雪”号航天飞机着陆场区最具特色,先前建有一主着陆场区,后来又建设了两个备份着陆场区,火箭和航天飞机从制造厂商交付到航天飞机返回地球 着陆以及飞行后航天飞机的整修,各种服务和后勤保障设施应有尽有。除着陆场区所承担的主要任务外,长4500米、宽84米的跑道还能起降各种类型的飞机。 在建设机场跑道时,为了运送总面积达37.8公顷的特制超强度水泥板,建设当局专门设计了切割打磨水泥板的特制铣床。 1987.5.15日,“能源”号火箭携带模拟的“极地”号轨道武器平台进行了首飞。1988.11.15日,能源号火箭再次携带无人驾驶 的“暴风雪”号航天飞机进行了第二次试飞。两次飞行任务均获成功。这标志着当时前苏联的航天科学技术有了质的飞跃。这种新型航天运输系统可以为前苏联提供 更加广阔的空间探索。但可惜的是,由于缺乏研制经费,该项目被迫中途流产。尽管如此,(“能源”号火箭+“暴风雪”号航天飞机)项目所具有的发展潜力,为 前苏联乃至现代俄罗斯航天技术的发展奠定了坚实的技术基础。

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热门评论

6楼 普通中国人男人
社会主义适合搞斗争,资本主义适合搞经济。

美国从来没有用战争打败过社会主义国家,社会主义国家在经济上从来没有超越过西方。

满清的GDP比大英帝国高得多,是不是封建主义更适合搞经济呢?超越美国的重任在我们身上。


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