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第8章 通向太空的途径(5)

“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,周围有四个长198米、直径268米的助推火箭。中心的两级火箭,一子级长2875米,二子级长298米,呈圆筒形状。发射时,中心火箭发动机和四个助推火箭发动机同时点火。大约两分钟后,助推火箭分离脱落,主火箭继续工作两分钟后,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,1961年4月12日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。

“联盟号”火箭是“联盟号”子系列中的两级型火箭,系通过挖掘“东方号”火箭一子级的潜力和采用新的更大推力的二子级研制而成。因发射联盟系列载人飞船而得名。最长4952米,起飞重量310吨,近地轨道的运载能力约为72吨。

“能源号”运载火箭是前苏联的一种重型的通用运载火箭,也是目前世界上起飞质量与推力最大的火箭。“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。

“能源号”运载火箭长约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。火箭分助推级和芯级两级,助推级由四台液体助推器构成,每个助推器长32米,直径4米;芯级长60米,直径8米,由四台液体火箭发动机组成。发射时,助推级和芯级同时点火,助推级四台助推火箭工作完毕后,芯级将有效载荷加速到亚轨道速度,在预定的轨道高度与有效载荷分离。尔后有效载荷靠自身发动机动力进入轨道。

“能源号”运载火箭成为前苏联运载火箭发展的一个新的里程碑。

“质子号”系列运载火箭是前苏联第一种非导弹衍生的、专为航天任务设计的大型运载器。在“能源号”重型火箭投入使用以前,该型号是前苏联运载能力最大的运载火箭。“质子号”系列共有三种型号:二级型、三级型和四级型。

二级型“质子号”共发射了三颗“质子号”卫星,此后便停止使用。火箭全长41米,最大直径74米。三级型“质子号”主要用于“礼炮号”、“和平号”等空间站的发射。火箭全长57米,最大直径74米。四级型“质子号”主要用于发射各类大型星际探测器和地球同步轨道卫星。火箭全长572米,最大直径74米。

“天顶号”是前苏联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,其一子级还被用作“能源号”火箭助推级的助推器。“天顶号”3型是三级运载火箭,它在二型的基础上,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极是相同的。

“天顶号”2型最大长度57米,最大直径39米。“天顶号”3型最大长度614米,最大直径39米。

“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。

十六、美国运载火箭

“大力神”系列运载火箭由洲际弹道导弹“大力神2”发展而来,包括“大力神2”、“大力神3”、“大力神34”、“大力神4”、“商业大力神3”子系列火箭。

“大力神2”系列火箭有“大力神2LV—4”、“大力神2SLV”、“大力神2s”等几种型号。“大力神2LV—4”是为“双子星座”载人飞船计划而服务,火箭长3322米,最大直径305米。

“大力神3”系列火箭由美国国防部主持研制,有A、B、C、D、E五种型号,可发射各种轨道卫星,有代表性的是“大力神3C”火箭。该火箭由“大力神3A”发展而来,主要用于发射军用同步轨道卫星。火箭最长506米,最大直径97米。

“大力神34”系列火箭有34B、34D、34D/惯性上面级、34D/过渡级等几种型号。主要用于发射军用卫星。“大力神34B”为三级火箭,最大直径305米。“大力神34D”长4935米,最大直径982米。

“商业大力神3”火箭是“大力神34D”的改型,其设计完全出于商业目的,火箭的各种整流罩可适用于目前各种商业有效载荷。火箭长482米,最大直径982米。

“大力神4”系列火箭是“大力神34D”的改型,系美国空军预备在航天飞机不能满足军需时使用的火箭。主要用于发射太阳同步轨道大型军用卫星及其它军用卫星。

“土星”系列运载火箭是美国国家航空航天局专为阿波罗登月计划研制的大型液体运载火箭,先后研制的型号有“土星I”、“土星IB”、“土星V”三种型号。

“土星I”为研制型,用于阿波罗登月计划早期地球轨道飞行试验和发射“飞马座”宇宙尘探测卫星。全箭长573米,最大直径653米。

“土星IB”为改进型,用于载人或不载人飞船地球轨道飞行试验,为“土星V”积累经验。全箭长6863米,最大直径66米。

“土星V”是最终型,专为阿波罗登月而设计。全箭长11064米,最大直径1006米。

“德尔塔”系列运载火箭是在“雷神”中程导弹基础上发展起来的航天运载器。它是世界上成员最多,改型最快的运载火箭系列(改型达40余次)。其发射次数居美国其他各型火箭之首,同时,该型火箭发射了世界第一颗地球同步轨道卫星。

“德尔塔”原型火箭由“先锋号”火箭和“雷神”中程导弹组成,火箭长2806米,最大直径244米。

“德尔塔2914”火箭是该系列火箭中发射次数最多的一种火箭主要用于发射地球同步轨道卫星。火箭长3536米,最大直径411米。

“雷神”系列运载火箭是在“雷神”中程弹道导弹的基础上发展起来的,主要用来发射军用卫星和早期的航天探测器。该系列包括“雷神—艾布尔”、“雷神—艾布尔星”、“雷神—博纳”、“加大推力雷神—阿金纳”等型号。

“雷神—艾布尔”型是三级运载火箭,综合了“雷神”中程导弹和“先锋号”火箭而成,箭长2728米,最大直径244米。

“雷神—艾布尔星”是“雷神—艾布尔”的改进型,其长度缩短,运载能力增大,结构简化,可靠性增强。该箭长2411米,最大直径244米。

“雷神—博纳”是为满足美国空军发射中、小型卫星而设计的。箭长2156米,最大直径244米。

“加大推力雷神—阿金纳D”型火箭是为发射大质量侦察卫星而研制的,在“雷神”基础级上增加三台固体助推器,并组合“阿金纳D”上面级而形成。箭长29米,最大直径244米。

“宇宙神”系列运载火箭由“宇宙神”洲际弹道导弹发展而成的,主要有“宇宙神D”、“宇宙神多级系列”、“宇宙神I”等型号系列。

“宇宙神D”是美国发射载人飞船的第一枚运载火箭,该火箭是在“宇宙神D”洲际弹道导弹的基础上经适当改进而成,箭长2907米,最大直径487米。

“宇宙神SLV—3C—半人马座D”火箭为多级火箭。该火箭是“宇宙神”火箭系列中首次使用低温液氢液氧上面级的火箭,箭长3835米,最大直径487米。

“宇宙神I”是“宇宙神G—半人马座D—1A”的一个改进型。地球同步转移轨道运载能力为225至234吨,主要用于商业发射。箭长42~439米,起飞质量1639吨。

十七、运载火箭之王

运载火箭是人类开展航天活动必不可少的运输工具。运载火箭具有巨大的推力,采用不同组合的运载火箭可以把各种不同类型的人造地球卫星、载人航天器和行星际探测器送入各自的运行轨道。

运载火箭通常按照火箭的起飞质量或运送到预定轨道的有效载荷量来加以区别,分为小型、中型和大型运载火箭3种。它们之间的运载能力相关悬殊。例如,美国的侦察兵小型火箭只能把215千克的有效载荷送入地球低轨道,而美国的大力神—4大型火箭则能把18150千克重的有效载荷送入地球低轨道。

自1957年10月4日前苏联用“卫星”号运载火箭发射世界上第一颗人造地球卫星以来,至今40多年间,全世界共有俄罗斯、美国、法国、日本、中国、英国、欧洲空间局、印度、以色列等国家和组织先后研制并成功发射了30多个系列的运载火箭,它们已把5000多个载人和不载人的航天器送入了太空。

迄今为止的运载火箭都是一次性使用火箭,它们最大的缺憾是只能使用一次,因此成本高昂。美国从20世纪初开始着手研制可多次重复使用的航天器——航天飞机,并于1981年4月12日用哥伦比亚号航天飞机实现了首次航天飞行。航天飞机是世界上第一种可多次重复使用的天地往返运输工具,实现了航天运载技术上的重大突破,但其成本仍然居高不下。未来研制经济、可靠、可重复使用的航天运载器仍将是航天技术面临的首要任务之一。

目前世界上最庞大的航天器,莫过于航天飞机。美国航天飞机的轨道器自重68吨,它和一个外挂液体燃料贮箱、两具固体燃料助推火箭一起作为一个完整的发射系统,没有专用的运载火箭。前苏联的航天飞机重约100吨,它由世界上威力最大的能源号运载火箭发射,这种运载火箭堪称世界运载火箭之王。

1987年5月15日,前苏联从拜科努尔航天中心发射成功一枚能源号超级运载火箭。它的运载能力比美国航天飞机还大4倍。1988年7月30日,能源号火箭的总设计师古巴诺夫披露了这枚巨型运载火箭的一些细节:火箭长约60米,总重2400吨,起飞推力3500吨,能把100吨的有效载荷送入近地轨道。如果加上第三级火箭,则可把18吨的有效载荷送入地球静止轨道。

能源号由两级火箭组成。第一级捆绑4个液体助推器,高39米,直径4米,每个助推器上装有一台发动机,在地面的推力为740吨。第二级为直径8米的芯级,由4台液氢液氧发动机组成,地面推力为148吨。发射时,第一、二级发动机同时点火,到达64千米高空时,火箭助推器工作完成后,可由地面控制成对地脱离芯级火箭回收,经修理能重复使用50次。芯级火箭继续把有效载荷送入200千米左右的低地球轨道,然后火箭落于太平洋的预定海域。古巴诺夫强调能源号具有很高的可靠性,因为曾利用计算机进行过500次各种故障试验,借助200种实验装置对火箭整件和组件进行过6500多次试验,对全尺寸实物模型进行了5次试验,即使第一级或第二级火箭的一台发动机发生意外故障停机时,也仍能继续有控制的飞行。

能源号运载火箭的研制成功,是几百个部门长期努力合作的结果。在设计、制造、试验和发射过程中,研制了能在超低温条件下工作的专门材料,掌握了大型构件的加工和焊接新工艺,使用了高性能的综合计算机系统。它是一种多用途运载工具,既可用来发射航天飞机,也可为和平号轨道站发射组合舱,还可运送大型设备到轨道上建立太阳能发电站和完善太空基地,以及将来向月球或火星发射载人航天器。1988年11月15日,能源号运载火箭将不载人的暴风雪号航天飞机送到太空轨道飞行,奠定了它的运载火箭之王的地位,为前苏联航天技术的进一步发展建立了新的功绩。暴风雪号航天飞机系统总设计师格鲁什科在这次发射成功后指出:“从现在起,前苏联的航天部门不但拥有把重型物体发射到太空的手段,而且还有把它们收回来的能力,这给太空考察开辟了新的广阔前景。”

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