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 天高任鸟飞:航空航天卷
1.5.2.5 俄罗斯主要运载火箭

俄罗斯主要运载火箭

俄罗斯地处高纬度的北半球,发射场远离赤道,故利用地球自转速度发射航天器的条件不如赤道地区优越,只好靠生产大功率的运载火箭来弥补这一缺陷。因此,俄罗斯的运载火箭的功率都很大。到目前为止,俄罗斯还在使用一些著名的老型号运载火箭,如“质子号”、“闪电号”、“联盟号”、“宇宙号”和“旋风号”(而乌克兰是用“天顶号”)等。俄罗斯的火箭技术成熟、发射载荷大、发射成功率高、成本低,多用于发射飞船和卫星。

(1)“东方号”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,后4种火箭又构成“联盟号”子系列火箭。

“东方号”运载火箭是对“月球号”火箭略加改进而构成的,主要是增加了一子级的推进剂质量和提高了二子级发动机的性能。这种火箭的中心是一个两级火箭,周围有4个长19.8米、直径2.68米的助推火箭。中心的两级火箭,一子级长28.75米,二子级长2.98米,呈圆筒形状。发射时,中心火箭发动机和4个助推火箭发动机同时点火。2分钟后,助推火箭分离脱落,主火箭继续工作2分钟后也熄火脱落。接着末级火箭点火工作,直到把有效载荷送入绕地球的轨道。东方号火箭因发射东方号宇宙飞船而得名,1959年1月2日试飞,成功发射月球1号探测器。后来又4次用于发射动物卫星舱的试验。1961年4月12日,它把世界上第一位宇航员加加林送上地球轨道飞行并安全返回地面。截至1980年,东方号火箭总共发射了85个航天器,其中包括5艘载人飞船。

(2)“联盟号”火箭:“联盟号”系列运载火箭是前苏联(俄罗斯)“东方号”系列运载火箭中的一个子系列。该系列分为二级型的“联盟号”和三级型的“闪电号”。“闪电号”运载火箭于1960年10月10日首次发射。它的箭体四周侧挂4台圆锥形助推器,助推器及芯级3个子级均使用液氧/煤油推进剂。它主要用于发射“闪电号”通信卫星、预警卫星和科学卫星以及空间探测器,可以把1.6吨的“闪电号”卫星送入特殊的椭圆轨道。“联盟号”于1963年11月1日首次发射。它利用了“闪电号”的助推器及第一级和第二级,并根据载人航天发射对安全性的要求设计了逃逸系统。“联盟号”是前苏联(俄罗斯)使用最频繁的运载火箭,主要用于发射“联盟号”载人飞船、“进步号”货运飞船以及照相侦察卫星和地球资源卫星等,低轨运载能力7.3吨。1999年“联盟号”以一箭四星方式发射了24颗“全球星”低地轨道移动通信卫星。截至2000年底,“闪电号”共发射307次,失败33次,成功率89.3%;“联盟号”共发射1 111次,失败35次,成功率96.8%。“联盟号”运载火箭在20世纪80年代,曾创造了连续146次发射成功的纪录。

(3)“能源号”火箭:“能源号”运载火箭是前苏联(俄罗斯)的超级巨型运载火箭。1987年5月15日在拜科努尔航天中心发射成功。

1988年11月15日,“能源号”火箭将不载人的暴风雪号航天飞机载入太空轨道飞行,成为前苏联运载火箭发展的一个新的里程碑。

“能源号”运载火箭的总设计师是古巴诺夫。这种巨型火箭箭长约60米,总重2400吨,起飞推力3500吨,能把100吨有效载荷送上近地轨道。

“能源号”运载火箭由两级组成。第一级捆绑4台液体助推火箭,高39米;第二级为直径8米的芯级,由4台液氢液氧发动机组成。发射时,第一、二级同时点火,第一级4台助推火箭工作完成后,由地面控制使其脱离芯级火箭后予以回收,经修理后可重复使用50次;第二级即芯级火箭可将有效载荷送入地球轨道运行。

“能源号”运载火箭的主要任务有: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他舱段、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、民用卫星;向月球、火星或深层空间发射大型有效载荷。

(4)“质子号”系列火箭:是前苏联(俄罗斯)的系列运载火箭,分为二级型、三级型和四级型,在哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射场发射。第一级装有6台RD-253单燃烧室高压补燃发动机(单台地面推力1474千牛),捆绑在中央大型氧化剂贮箱周围。第二级采用4台并联安装的RD-0210发动机,低地轨道运载能力为12.2吨。三级型“质子号”于1968年11月16日首次发射,是在二级型的基础上增加了第三级,低地轨道运载能力提高到了20吨。它是世界上第一种发射空间站用的运载火箭,曾用于发射“礼炮”1~7号空间站、“和平号”空间站各舱段和其他大型低地轨道有效载荷。1998年11月20日,它发射了国际空间站的第一个舱段。四级型“质子号”于1967年3月10日首次发射,用于发射地球静止轨道卫星、空间探测器以及大型侦察卫星和导航卫星。它在三级型的基础上加装了液氧/煤油第四级,地球同步转移轨道运载能力为4.35吨,地球静止轨道运载能力为1.88吨。配备“和风”M四级新型“质子”M火箭,地球同步转移轨道运载能力提高到了5.5吨,地球静止轨道能力达2.92吨。截至2000年底,“质子号”系列运载火箭共发射282次,失败34次,成功率87.9%。

(5)“天顶号”火箭:“天顶号”是前苏联(俄罗斯)的一种中型运载火箭,主要是用来发射轨道高度在1500千米以下的军用和民用卫星、经过改进的“联盟号”TM型载人飞船和“进步号”改进型货运飞船。“天顶号”2型是两级运载火箭,一子级还被用作“能源号”火箭助推级的助推器。“天顶号”3型是三级运载火箭,是在二型的基础上增加了一个远地点级,用于将有效载荷送入地球同步轨道、其他高轨道或星际飞行轨道。2型与3型用的一子级和二子级是相同的。

“天顶号”是前苏联继“旋风号”后第二个利用全自动发射系统实施发射的运载火箭。在发射厂,火箭呈水平状态进行总装、测试、转运至发射台。所有发射操作,包括火箭离开总装测试厂房、由铁路转运至发射台、起竖、连接电路、气动与液压系统测试、加注推进剂、点火等,都是按照事先确定的程序自动进行的。

“天顶号”2型最大长度57米,最大直径3.9米。“天顶号”3型最大长度61.4米,最大直径3.9米。