书城科普读物航天航空小百科-人类航天的历程
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第7章 通向太空的途径(4)

质子号是目前世界上运载能力最大的火箭之一。它先后有二级、三级、四级等三种型号。其中最大的四级质子号运载火箭,可将21吨的有效载荷送入200千米高的低地球轨道,可把5吨的有效载荷送入地球同步转移轨道。在20多年里,它成功地发射过礼炮号和和平号轨道站,金星站、火星号、维加号自动行星际站,荧光屏号、长虹号、地平线号通信卫星,在前苏联航天技术发展史上有着举足轻重的作用。这种运载火箭全长458米,四级加上装有效载荷的尖头部位长度可达58米,底部最大直径74米,起飞重量约800吨。

第一级长202米,由6台助推器组成,中心是一个直径较大的氧化剂箱,四周捆绑6个燃料箱,起飞推力约1000吨。第二级高137米,装有4台发动机,总推力为240吨。第三级高64米,一台发动机,另有4个校正航向的可控微调发动机,约产生3吨推力。第四级高55米,有一台封闭式循环发动机,可二次点火。第一次点火在火箭到达200千米左右高的地球轨道上为宜,使第辊四级和有效载荷进入远地点为35800千米的大椭圆转移轨道;第二次点火把有效载荷推入准同步圆形轨道,第四级分离,有效载荷由专门的发动机控制,漂移在预定的地球同步轨道上定点运行。这就是质子号运载火箭发射地球同步卫星的整个过程。

1965年7月16日,质子号运载火箭首次发射,将重达122吨的卫星送入近地点190千米、远地点630千米的地球轨道,建立了通向航天站的第一个里程碑。1971年4月19日,新型质子号运载火箭发射成功,将重175吨的礼炮1号轨道站送入轨道。从1971年至1978年,相继发射6个火星号探测器。1974年发射前苏联第一颗对地静止轨道卫星“宇宙637”号。1975年至1983年连续发射了金星探测器。1984年发射两个探测哈雷彗星的“维加”号探测器。1986年把和平号轨道站送入轨道。这一系列发射纪录,表明质子号运载火箭在征服太空中的实力和功绩。尽管它的总设计师契洛勉已于1984年12月8日离开了人间,但他所架设的通天桥梁高耸在太空,永远为世人所景仰。

十二、登月火箭的失败

20世纪60年代初,当前苏联东方号运载火箭将载人飞船送上太空之后,总设计师科罗廖夫开始酝酿一种新的大型运载火箭。这种运载火箭能将上百吨的有载荷送上天穹,而最主要的是可以实现载人登月飞行计划。

这种大型运载火箭与美国的土星5号登月火箭相仿。科罗廖夫提出的载人登月方案是:第一步由质子号运载火箭发射载人飞船作环绕月球的观察飞行;第二步研制H—1火箭将载人登月舱送上月球。H—1运载火箭的两对发动机和第二级火箭的一对发动机失灵,火箭也能飞到目标。这种火箭高100米,底部直径171米。它与土星5号运载火箭相比,H—1短106米,直径大71米,H—1第一级有30台发动机,而土星5号的第一级只有5台F—1发动机。土星5号的上面各级均用液氢液氧推进剂,而H—1的上面级用的是液氧和煤油作推进剂的发动机。在苏、美向月球进军的竞赛中,H—1运载火箭不如土星5号火箭顺利,累遭挫折,最终也未能如愿以偿。前苏联有26个政府部门的500多个单位参与H—1火箭的研制生产,对此庞大复杂的系统工程,需要精心组织协调,统一步伐。不巧的是,H—1火箭尚未研制出来,总设计师科罗廖夫就于1966年去世了。这给H—1火箭蒙上一层阴影。原定1968年下半年实现登月计划,但直到1969年初H—1火箭研制才匆匆完成,而且接连4次试飞失败。

1969年2月21日,在拜科努尔发射场首次试验H—1运载火箭。由于火箭尾舱着火,发动机不得不在发射70秒钟关闭,火箭升到12千米的空中爆炸。首次试飞失败表明,无论如何也赶不上美国载人登月的步伐了。在美国土星5号运载火箭把阿波罗载人飞船送上月球的前夕,1969年7月3日H—1火箭进行第二次试飞,又发生偶然事故:火箭还未飞离发射台,主发动机的一台液氧涡轮泵爆炸,火箭燃烧后倒塌,连同全套发射设备一起炸毁。至今在拜科努发射场还能看到当年火箭爆炸后留下的痕迹。尽管美国人捷足先登,但前苏联不甘落后,试图挽回已经失败的局面。1971年7月27日,H—1火箭进行第三次发射,意想不到的是发动机仅工作7秒钟,火箭发生滚动失控,箭载计算机随即指令关机,试飞又一次严重受挫。一年之后,1972年11月23日进行了一次决定H—1火箭命运的试飞。火箭发射后正常,几乎持续到第一级工作完毕,当火箭开始级间分离,一级内侧6台发动机关机时,箭体突然居然振荡,造成一条推进剂输送管路破裂而爆炸起火。这时火箭起飞已107秒,上升到40千米的高空,地面指挥中心发出指令,火箭在高空自毁。原因主要是H—1第一级火箭发动机及箭体结构的飞行动力相互作用在控制上有缺陷,从而导致功亏一篑的结果。由于H—1火箭的难产,前苏联的载人登月飞行计划后来便销声匿迹了。在通向太空的道路并不是一帆风顺的,有成功,也会有失败。前苏联继科罗廖夫之后的著名航天总设计师米申在谈到H—1火箭的夭折时,沉痛地感慨说:“虽然我们离成功仅有一步之遥,但没有允许我们走完这一步。为它奉献了毕生年华的人们掉下了悲伤的眼泪。我们曾分析研究我们的差错,为的是纠正它们并向前进展。

十三、新型长征火箭

世界上第一枚发射卫星的运载火箭,采用了捆绑式多级火箭,这是提高运载能力的一种可靠而有效的途径。后来的一些大型运载火箭,如前苏联的质子号火箭、美国的大力神火箭和欧洲空间局的阿丽亚娜4型火箭,都采用这种捆绑技术,获得了成功。中国发展大推力运载火箭,也选择了这条必由之路。

1986年,中国的火箭科学家提出了研制日程。新中国培养的一代火箭专家担负起了这一艰苦任务。它的第一任总指挥是王永志,20世纪50年代曾在前苏联著名的莫斯科包曼高等技术学院攻读火箭设计专业,担任过长征3号运载火箭的技术领导工作。它的总设计师王德臣,1957年毕业于北京航空学院,曾作为著名火箭专家屠守锷的助手,参与组织长征2号运载火箭的研制工作。在他们两人的精心组织下,依靠全国各个行业和几百个单位的大协作,广大科技人员和工作人员顽强拼搏,踏上了“长征”的新征途。

长征2号E火箭,用经过改进的长征2号丙火箭作芯级,第一级箭体四周均匀捆绑4个长153米、直径225米的液体助推火箭。全箭长512米,起飞重量460吨,起飞推力600吨,可将重88吨的有效载荷送入200千米至400千米的近地轨道;如加上第三级火箭,则可将重25吨的有效式荷送上36万千米的地球同步转移轨道。这是一项具有世界先进水平的系统工程。一般需要4年的研制周期,而中国科技人员和工人却只用了18个月时间,创造了世界航天史上的一个奇迹。这是一个突破,一次飞跃。设计有上千项,图纸有几万张,要攻克20多项技术关键,设计人员采用新的设计方法,100天完成了在正常情况下需要一、两年才能实现的设计任务。在物资供销人员的努力下,2千多吨原材料在7个月内齐套后提供给火箭制造装配部门。全箭共有七、八千项生产任务,需要八千万道工序,十几万个大小零部件,每一个都必须经过工艺审查、工艺装备设计和生产等10多个质量保证环节。在整个生产过程中,火箭总装厂特殊工艺设备赶制了5000多台,完成了126项特殊工艺攻关任务。火箭有250多个大型试验项目,也都提前完成,两个月超过了以往两年的工作总和。

到1990年3月,一枚巨大的长征2号捆绑式火箭展现在人们面前。它是成千上万人创造性劳动和智慧的结晶,凝聚了众多设计师、工程师和技术工人的心血和汗水,有的人为此献出了毕生精力和宝贵生命。中国航天人在总指挥和总设计师的组织下,敢担风险,勇挑重担,周到细致,一丝不苟,攻克一个个难关,大大缩短了研制周期。他们夜以继日,连续战斗,发扬自力更生、艰苦奋斗、大力协同、无私奉献的精神,终于征服了火箭捆绑技术的所有难题。

十四、欧洲航天市场的璀璨明珠

1973年7,法国提议并联合西欧11个国家成立欧洲空间局,着手实施、研制阿丽亚娜火箭。至今已研制成功5种型号。分别是“Ariane—1”、“Ariane—2”、“Ariane—3”、“Ariane—4”和“Ariane—5”。阿丽亚娜系列火箭的成功,使它在国际航天市场的角逐中占有重要地位,世界商业卫星的发射业务大约有50%由阿丽亚娜火箭承担。

“Ariane—1”火箭是欧洲航天局在“欧洲号”火箭和法国“钻石号”火箭基础上研制的三级液体火箭,自首次发射至1986年2月22日止,共飞行11次。“Ariane—1”火箭从法属圭亚那库鲁发射场发射,能将185吨的有效载荷送入地球同步转移轨道,或将25吨有效载荷送入轨道高度为790千米、倾角987度的太阳同步圆轨道。火箭长477米,直径38米,发射重量200吨。

“Ariane—2”和“Ariane—3”的研制目的均是为了在国际卫星发射市场上争取更多的用户。二者的不同点在于“Ariane—3”在“Ariane—2”的基础上捆绑了两台固体推进器。“Ariane—2”和“Ariane—3”从法属圭亚那库鲁发射场发射,可以执行多种任务,但主要是向地球同步转移轨道发射各种卫星。两箭均为长495米,直径为38米,运载能力分别是“Ariane—2”为217吨,“Ariane—3”为285吨。

“Ariane—4”是在“Ariane—3”的基础上研制成功的。主要目的在于提高运载能力;保持双星和多星发射能力;具有适应多种发射任务的型式;降低了发射成本。“Ariane—4”有六种型号,分别为AR40型,同步转移轨道运载能力为19吨;AR42P型,带有两个固体捆绑式助推火箭,有效载荷增加到26吨;AR44P型,带有四个固体捆绑式助推火箭,有效载荷为3吨;AR42L型,采用两个液体火箭助推火箭,有效载荷为32吨;AR44L型,采用四个液体助推火箭,同步转移轨道运载能力达42吨;AR44LP型,采用两个液体助推火箭和两个固体捆绑式助推火箭,同步转移轨道运载能力为37吨。火箭长57~598米,直径约9米。

“Ariane—5”是根据商业发射市场和近地轨道开发利用的需要研制的,主要用于向地球同步轨道和太阳同步轨道发射各种卫星,向近地轨道发射哥伦布无人驾驶的自由飞行平台和“使神号”空间飞机。火箭长5276~54米,最大直径122米。

十五、俄罗斯航天运载火箭

“东方号”系列火箭是世界上第一个航天运载火箭系列,包括“卫星号”、“月球号”、“东方号”、“上升号”、“闪电号”、“联盟号”、“进步号”等型号,后四种火箭又构成“联盟号”子系列火箭。