重型運載火箭研制計劃被列入俄羅斯聯(lián)邦航天計劃草案

陳杰（中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院）

俄新社2014年9月2日稱，俄羅斯副總理羅戈津表示，俄羅斯總統(tǒng)普京贊同開始開發(fā)載重量達到150t的超重型火箭。早在2014年4月24日，俄羅斯聯(lián)邦航天局局長奧列格·奧斯塔賓科就表示:俄羅斯已將新型重型運載火箭研制計劃列入“2016-2025年俄聯(lián)邦航天計劃” 草案，研制工作分兩個階段進行，將逐步優(yōu)化火箭構(gòu)型，漸進提高運載能力。截至目前，俄羅斯政府尚未公布草案中新研重型運載火箭的設計方案。

1 俄羅斯政府在航天政策或規(guī)劃中數(shù)次提出發(fā)展重型運載火箭

在近年來幾份重要的政策規(guī)劃中，俄羅斯政府均提出重型運載火箭發(fā)展計劃，但運載能力不盡相同。

“2013-2020年俄羅斯航天活動”國家計劃。俄羅斯政府在2012年12月28日批準該計劃，其中提出：“為在國際合作框架下實施載人飛往太陽系行星和為人類登陸其他天體研制新的載人工具建立科學技術儲備。為載人飛往深空研發(fā)新的工藝技術，并在完成國家計劃后使其能夠?qū)嶋H應用”，“研制能夠?qū)⑷祟愃蜕显虑虻妮d人月球運輸系統(tǒng)?！?/p>

“2030年前及以后俄羅斯聯(lián)邦航天領域國家政策”。俄羅斯政府于2013年公布該政策，其中提出：2030年前研制近地軌道（LEO）運載能力50t以上的重型火箭，2030年后研制近地軌道運載能力130～180t的重型火箭。

“2040年前俄羅斯航天發(fā)展路線圖”。俄羅斯航天局于2013年公布了該路線圖，概括描述了深空探測、飛船和運載火箭等的研制和發(fā)展計劃，提出2020-2025年間，在地月拉格朗日點建立有人照料的空間平臺；2030-2035年實施載人月球和小行星探測；大約在2040年開展載人火星探測。為此將在“聯(lián)盟”飛船和“進步”飛船的基礎上研制深空探測載人飛船，此后將研制采用太陽能和核能推進的空間飛行器。為實施一系列深空探測活動，俄羅斯將采取多項措施提升運載能力，首先將提升運載火箭上面級的性能，其次提高大中型火箭的性能水平，此后分兩個階段研制新的重型運載火箭。第一階段是在2030年前，研制近地軌道運載能力75～80t的重型火箭；第二階段是在2035年前，研制近地軌道運載能力120～130t的重型火箭。

目前，俄羅斯正在制定“2016-2025年俄羅斯聯(lián)邦航天計劃”的草案，其中列入的重型火箭研制計劃為：2030年前研制近地軌道運載能力70～80t的型號，2030年后，研制近地軌道運載能力100～120t的型號。

截至目前，俄方尚未對外公布“2016-2025年俄羅斯聯(lián)邦航天計劃”草案的具體內(nèi)容。從近期發(fā)布的各項文件和政府高層官員的談話看，俄羅斯政府確已著手考慮新型重型運載火箭的發(fā)展問題，但不同文件提出的運載能力有所不同，由此判斷新型重型火箭的設計方案可能尚未最終確定。

2040年前俄羅斯航天發(fā)展路線圖

2 俄羅斯國內(nèi)企業(yè)提出多個重型運載火箭設計方案

俄羅斯國內(nèi)航天企業(yè)提出了多個重型火箭設計方案，這些方案并非俄羅斯航天局確定的選項，但反映了俄羅斯航天企業(yè)為推進重型運載火箭發(fā)展所開展的工作。方案主要包括赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心的葉尼賽－5、阿穆爾－5（安加拉－100）和“卡斯卡德”運載火箭；能源火箭航天集團的“索多哲斯托夫”和能源－5K運載火箭等。其中，赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心是俄羅斯現(xiàn)役主力大型火箭質(zhì)子號的制造商和在研的“安加拉”火箭的主承包商，能源火箭航天集團則在20世紀80年代末成功研制了近地軌道運載能力100噸級的能源號重型火箭。俄羅斯航天局于2013年成了立評估小組，對各種重型火箭方案進行評估，但尚未公布評估結(jié)果。

赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心提出的方案

赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心提出了多種方案。其中葉尼賽－5為兩級液體運載火箭，第一級采用4臺RD－170液氧/煤油發(fā)動機，第二級采用3臺RD－0120液氧/液氫發(fā)動機，這兩種發(fā)動機分別是能源號重型火箭的助推級和第一級發(fā)動機。葉尼賽－5發(fā)射質(zhì)量2397t，其傾角51.8°、高度200km的近地軌道運載能力為125t，奔月軌道運載能力49t，該火箭將從位于俄羅斯遠東地區(qū)的東方港航天發(fā)射場發(fā)射。阿穆爾－5即安加拉－100屬于三級液體運載火箭，第一級也采用4臺RD－170液氧/煤油火箭發(fā)動機；第二級采用1臺RD－180液氧/煤油發(fā)動機，該發(fā)動機是俄羅斯動力機械科研生產(chǎn)聯(lián)合體為美國宇宙神－5火箭研制的第一級主發(fā)動機；第三級采用RD－0122發(fā)動機。阿穆爾－5火箭的近地軌道運載能力為110t。

“卡斯卡德”是赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心提出的一個運載火箭系列的設計方案，包括5種型號，傾角51.8°、高度200km的近地軌道運載能力覆蓋16.6～129.2t。運載能力最大的卡斯卡德－7KV是兩級液體運載火箭，第一級采用液氧/煤油火箭發(fā)動機，第二級采用液氧/液氫火箭發(fā)動機，起飛質(zhì)量3567t，近地軌道運載能力接近130t。

葉尼賽－5重型運載火箭設計方案

葉尼賽－5重型運載火箭

“卡斯卡德”系列運載火箭

“索多哲斯托夫”火箭示意圖

赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心還提出了基于液氧/甲烷火箭發(fā)動機研制新的重型運載火箭的設想。

能源火箭航天集團提出的方案

能源火箭航天集團提出了兩種方案，其中“索多哲斯托夫”是一種三級液體運載火箭。其第一級和第二級采用RD－171M液氧/煤油發(fā)動機，RD－171M將基于俄羅斯現(xiàn)役“天頂”火箭RD－171液氧/煤油主發(fā)動機研制而成；第三級采用RD－120液氧/煤油發(fā)動機。該火箭起飛質(zhì)量2132t，傾角51.6°、高度200km的近地軌道運載能力67t。該火箭計劃從位于哈薩克斯坦的拜科努爾航天中心發(fā)射。

能源－5K是一種四級液體運載火箭，與“索多哲斯托夫”方案一樣，第一級采用5臺基于現(xiàn)役“天頂”火箭主發(fā)動機研制的RD－171M液氧/煤油發(fā)動機，第二級則采用1臺RD－171M發(fā)動機，第三級采用1臺基于在研的“安加拉”火箭RD－191M主發(fā)動機研制的RD－191V液氧/煤油發(fā)動機，第四級采用兩臺改進的RD－0146D液氧/液氫發(fā)動機。能源－5K火箭起飛質(zhì)量2400t，近地軌道運載能力79t。

3 小結(jié)

俄羅斯明確表示將研制新的重型運載火箭，滿足其2030年及更遠期的載人深空探測需求?？傮w來看，俄羅斯重型火箭的研制有三方面特點值得關注。

一是采取按運載能力從小到大分階段漸進式研制模式。俄羅斯計劃采取分階段的方式發(fā)展重型火箭，2030年前研制近地軌道運載能力50t以上的型號，2030年后研制近地軌道運載能力100t以上的型號。這與美國新的重型運載火箭—“航天發(fā)射系統(tǒng)”分3個階段發(fā)展的方式類似。從時間節(jié)點上看，美國近地軌道運載能力130t的重型運載火箭將在2032年左右進行首次飛行。俄羅斯則計劃在2030-2035年間研制成功同級別運載能力的重型火箭。

二是采取充分繼承已有成熟部件與技術的研制思路。從俄羅斯航天企業(yè)目前提出的重型火箭方案看，各方案大量采用已有部件和成熟技術，或基于成熟技術對已有部件進行升級。繼承成熟部件與技術可以減少研制經(jīng)費、縮短研制周期，規(guī)避新技術開發(fā)帶來的風險。

三是俄羅斯重型運載火箭的研制存在諸多不確定因素。一方面，雖然俄羅斯已將重型火箭研制列入“2016-2025年俄羅斯聯(lián)邦航天計劃”草案，但“草案”不能代表已經(jīng)確定的國家計劃。目前，俄羅斯尚未公布具體設計方案，最終方案選取及確定的過程還會受到各種因素的影響。另一方面，俄羅斯開展重型運載火箭是為了滿足載人深空探測包括載人登月計劃的需要，而實施龐大的載人深空探測計劃不僅取決于俄羅斯政治和科學發(fā)展的需要，還受國家經(jīng)濟是否可以持續(xù)增長、國際關系變化（俄羅斯提出通過國際合作開展相關活動）等多種因素的影響，這對俄羅斯能否順利實施重型運載火箭計劃都可能產(chǎn)生影響。