俄羅斯的重型火箭計(jì)劃

文/松鼠

▲蘇聯(lián)能源號(hào)火箭

不久前，美國(guó)副總統(tǒng)彭斯表示，美國(guó)應(yīng)該在2024年載人登陸月球南極，載人登月需要重型火箭，而美國(guó)的SLS重型火箭研制接近完成，樂觀的話，明年就能首飛，加上商業(yè)航天的大發(fā)展，給了美國(guó)政府高官這樣的底氣。相比之下，另一個(gè)航天強(qiáng)國(guó)俄羅斯就不太樂觀了，新一代的安加拉火箭首飛成功但后續(xù)一直沒有發(fā)射，但俄羅斯仍然心比天高地提出了研制重型火箭開展載人登月的宏偉計(jì)劃。

好高騖遠(yuǎn)的重型火箭方案

蘇聯(lián)在冷戰(zhàn)期間的登月競(jìng)賽中輸給美國(guó)，但知恥而后勇的蘇聯(lián)人后來研制了RD-170和RD-0120等大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，在此基礎(chǔ)上研制了能源號(hào)重型火箭，而能源號(hào)的助推器和天頂號(hào)火箭一級(jí)一脈相承，可以分?jǐn)傃兄坪褪褂贸杀?，其?guī)劃設(shè)計(jì)要比美國(guó)朝三暮四的航天飛機(jī)和一次性火箭計(jì)劃高明得多。遺憾的是蘇聯(lián)解體了，俄羅斯困頓了20多年時(shí)間，但能源號(hào)重型火箭的研制還是給俄羅斯留下了深厚的基礎(chǔ)。

俄羅斯還在RD-170/171基礎(chǔ)上為美國(guó)研制了著名的RD-180液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)美俄聯(lián)合拯救動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體的無心之舉，不僅讓美國(guó)宇宙神5火箭研制一路順風(fēng)，又給俄羅斯留下了一種廉價(jià)的高性能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，加強(qiáng)了俄羅斯的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)。俄羅斯新一代的安加拉火箭研制中還誕生了先進(jìn)的RD-191液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。有了這些高性能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，研制重型火箭對(duì)于試圖重振大國(guó)雄風(fēng)的俄羅斯是擋不住的誘惑。早在安加拉火箭首飛前，俄羅斯就在積極討論重型火箭的研制，包括安加拉基礎(chǔ)上的安加拉-100重型火箭設(shè)計(jì)。

俄羅斯的重型火箭方案以成熟的能源號(hào)和天頂號(hào)火箭為基礎(chǔ)，用高性能的RD-0120、RD-180、RD-171和RD-191等發(fā)動(dòng)機(jī)排列組合，其性能指標(biāo)相當(dāng)出色。赫魯尼切夫航天中心曾提交葉尼塞-5重型火箭方案，它芯級(jí)使用3臺(tái)RD-0120液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)高空點(diǎn)火，捆綁的4個(gè)助推器各使用1臺(tái)RD-171液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛推力2397噸，這樣的二級(jí)重型火箭近地軌道運(yùn)力可達(dá)125噸！赫魯尼切夫中心還有阿穆爾等重型火箭方案，它也不是蘇聯(lián)航天遺產(chǎn)的獨(dú)苗，能源公司基于天頂號(hào)火箭也提出了能源-5等重型火箭方案，進(jìn)步設(shè)計(jì)局則選用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)提出了STK重型火箭方案，后來進(jìn)步設(shè)計(jì)局還提出了聯(lián)盟-5重型火箭以及衍生的重型火箭方案，不過動(dòng)力改回了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。

俄羅斯航天工業(yè)技術(shù)積累深厚，如果有足夠預(yù)算支持的話，這些重型火箭方案中選一種脫穎而出并不困難，但俄羅斯缺錢。俄羅斯航天局曾評(píng)估，重型火箭的研制開發(fā)和東方發(fā)射場(chǎng)工位建設(shè)需耗資260億美元，而俄羅斯航天預(yù)算已經(jīng)是年年砍，慘不忍睹。

回歸現(xiàn)實(shí)的重型火箭計(jì)劃

俄羅斯航天有技術(shù)但缺錢，重型火箭雖然是大國(guó)雄風(fēng)的象征，但太花錢同樣無法上馬。俄羅斯航天人眼光轉(zhuǎn)了一圈，還是回到蘇聯(lián)時(shí)代的老路上來，兼顧中型和重型火箭來分?jǐn)偝杀?，才可能用現(xiàn)有的貧弱財(cái)力支持重型火箭的研制和使用。

2018年俄羅斯重型火箭的方案漸漸清晰，他們還是走上了從“聯(lián)盟-5”到重型火箭的道路，和蘇聯(lián)后期的“天頂號(hào)”和“能源號(hào)”如出一轍。從目前的新聞報(bào)道看，俄羅斯的重型火箭將捆綁6個(gè)助推器，助推器使用1臺(tái)改進(jìn)型的RD-171MV發(fā)動(dòng)機(jī)，芯級(jí)高空點(diǎn)火使用RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)，第二級(jí)使用液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)RD-0146提高性能。這種設(shè)計(jì)方案使用全套的現(xiàn)成產(chǎn)品技術(shù)，最大的好處是便宜可靠而且研制風(fēng)險(xiǎn)低。2018年初普京簽署研制俄羅斯重型火箭的總統(tǒng)令，俄羅斯航天國(guó)家集團(tuán)公司已經(jīng)遞交了總計(jì)1.2萬億盧布的研制預(yù)算申請(qǐng)。

俄國(guó)衛(wèi)星新聞網(wǎng)近期報(bào)道，俄羅斯未來載人登月將使用20噸重的聯(lián)邦號(hào)載人飛船，還有27噸重的登月艙以及27～32噸重的月球基地模塊，它們將使用俄羅斯的重型火箭發(fā)射。俄羅斯計(jì)劃于2028年發(fā)射葉尼塞重型火箭，2029年發(fā)射頓河重型火箭，兩者的區(qū)別在于“頓河”比“葉尼塞”多了一級(jí)，第三級(jí)也將使用高性能的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，顯著提高火箭的運(yùn)載能力。葉尼塞火箭可將88～103噸重的貨物送上近地軌道，或是將20～27噸重的貨物射向月球，而頓河火箭的近地軌道運(yùn)力提高到125～130噸，月球軌道運(yùn)力提高到32噸。

▲軍隊(duì)2018論壇上展出的俄羅斯運(yùn)載火箭，（從左到右）聯(lián)盟5號(hào)和衍生的超重型火箭、安加拉系列火箭、質(zhì)子號(hào)火箭

▲早期聯(lián)盟5號(hào)火箭和超重型火箭發(fā)展計(jì)劃

總的說來，葉尼塞和頓河火箭將使用天頂號(hào)火箭現(xiàn)有成熟的4.1米直徑火箭一級(jí)，還有美國(guó)宇宙神5火箭上久經(jīng)考驗(yàn)的RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)，最大限度的降低研制風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)算，同時(shí)它們的運(yùn)力卻可以比肩美國(guó)的SLS重型火箭。俄羅斯兩種重型火箭的運(yùn)力對(duì)比類似于美國(guó)的SLS Block 1和Block 1B火箭，但葉尼塞火箭是通過增加一級(jí)火箭實(shí)現(xiàn)運(yùn)力增長(zhǎng)，這或許是美國(guó)方案和技術(shù)更先進(jìn)的緣故，但對(duì)俄羅斯卻是合理的選擇。如果俄羅斯能充分利用天頂號(hào)等火箭的成熟技術(shù)多快好省造出葉尼塞和頓河火箭，這對(duì)研制預(yù)算已經(jīng)超過140億美元的SLS火箭來說絕對(duì)不是好消息。