前苏联运载火箭

二、前苏联运载火箭

1．）“质子”号火箭

前苏联的“质子”号运载火箭，是世界上使用最为频繁的一种航天运载工具。它的总设计师是著名火箭专家契洛勉。由莫斯科赫鲁尼切夫机器制造厂负责生产。1961年开始研制，1965年首次发射成功。30年来，用它发射成功各种通信卫星、星际探测器和礼炮号轨道站，成功率达到93%。“质子”号是一种高可靠、多发射的运载火箭。

“质子”号火箭采用并串联式结构，先后拥有二级、三级、四级等3种型号，其中最大的是四级火箭。第一级安装6台PR－253单燃烧室液体火箭发动机，总推力约1000吨，长20．2米。中心是一个直径较大的氧化剂箱，四周捆绑6个燃料箱，采用四氧化二氮和偏二甲肼作推进剂。每台发动机高2．72米，直径1．5米，重1250千克；第二级高13．7米，直径4．15米，装4台单燃烧室液体火箭，发动机总推力为240吨；第三级高6．4米，直径4．15米，装一台发动机和4台正航向的可控微调发动机，约产生3吨推力；第四级高5．5米，直径3．7米，重约2吨，装一台封闭式循环发动机，真空推力约8．5吨，可实现二次点火。第一次点火在火箭达到200千米左右高的地球轨道，使第四级和有效载荷进入远地点为35800千米的大随圆转移轨道；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，漂移到预定的地球同步轨道上定点运行。

质子号

这种四级的“质子”号运载火箭，全长45．8米，加上有效载荷长达58米，底部量大直径7．4米，起飞质量约800吨。它的近地轨道有效载荷重20吨，同步轨道的有效载荷重2．2吨至4吨。火箭的总体布局、各级发动机结构以及箭上各个系统，均采纳了苏联火箭制造的先进成果，因而具有良好的使用性能和动力性能。

1965年7月16日，“质子”号运载火箭首次发射，将一颗重达12．2吨的质子1号卫星送入近地点190千米、远地点630千米的椭圆轨道。这种早期的“质子”号两级运载火箭，发射过3颗试验卫星，1966年7月以后停用。1968年11月16日，第一枚“质子”号三级运载火箭将质子4号宇宙飞船送入太空轨道。1968年至1970年间，苏联利用“质子”号三级火箭发射了环绕月球飞行的探测5号至8号。1971年4月19日，“质子”号四级运载火箭发射重17．5吨的礼炮1号轨道站成功，显示了它的巨大运载能力。从1971年到1973年，用它发射了6个火星号探测器。1974年发射苏联第一颗静止轨道卫星宇宙637号。1975年至1983年连续发射8个金星号探测器。1984年又成功发射两个探测哈雷彗星的维加号探测器。此外，“质子”号火箭还用来发射过彩虹号、荧光屏号、地平线号和部分宇宙号卫星。特别是1986年2月20日，“质子”号四级火箭把苏联第三代空间站和平号送入轨道，充分表明这种火箭的优越性能。这一系列发射纪录，奠定了它在征服太空中的坚实地位。“质子”号运载火箭目前已投入国际商务发射服务市场。

2．）“宇宙”号火箭

“宇宙”号有苏联扬格尔设计局研制的早期小型运载火箭，主要有“宇宙”号和“宇宙”号改进型两种型号。它们是发射“宇宙”号系列卫星的基本运载工具。

“宇宙”号火箭第一级采用PA－214发动机，推进剂为硝酸和煤油，推力726千牛，底部直径1．83米，装有4个推力室；第二级为PR－119发动机，推力108千牛。火箭全长给32米，直径1．65米，起飞质量49吨，低地轨道有效载荷运载能力为600千克。1962年3月16日，首次发射“宇宙”1号科学卫星。1977年6月，从普弄谢茨克发射场发射“宇宙”919号卫星后退役。共发射144次。它主要用于发射小型军事卫星和科学卫星。

“宇宙”号改进型是一种采用可贮存液体推进剂的两级火箭。长31．9米，直径2．4米，起飞质量120吨，起飞推力1468千牛。它的第一级使用两台格鲁什科设计局研制的PR－216发动机，底部直径为2．85米，每台发动机有两个燃烧室，推进剂为偏二甲肼和硝酸，推进剂重82吨。第二级发动机推进剂为偏二甲肼和四氧化二氮，推进剂重19吨。第一级发动机没有推力调节有力，第二级发动机具有二次启动能力。第一级尾部有4个对称的尾翼，翼展4．4米，在4个喷管中安装有燃气舱。尾翼和燃气舱共同完成火箭第一级工作时的俯仰、偏航和滚动控制。第二级控制由两种游动发动机完成，有效载荷整流罩为圆柱加圆锥结构，高5．72米，直径2．4米，有效空间为12．58立方米，有效载荷在第二级工作结束后20秒内分离。“宇宙”号改进型能将1．7吨的有效载荷送入180千米高的圆轨道，但实际上主要用于向800至1500千米高的圆轨道发射重1吨左右的有效载荷。它主要用于发射低地轨道的小型军用导航卫星、通信卫星和科学卫星，并且经常用来执行一箭多星发射任务。1964年8月，“宇宙”号改进型首次发射三星成功，这也是前苏联第一次的一箭三星发射。1982年至1984年间，“宇宙”号改进型成功地发射了“暴风雪”号航天飞机的试验飞行器，取得令人满意的结果。

“宇宙”号改进型火箭目前仍在使用，但发射频率减少，1993年只有6次，1994年只有4次。它的使命逐渐被运载能力更大的“旋风”号运载火箭所代替，每年发射量急剧减少。从总的情况看，“宇宙”号改进型火箭的发射次数和发射成功率都比较高，截至1994年8月，共发射433次，其中398次成功，成功率为91．9%。

“宇宙”号是前苏联拜科努尔、普列谢茨克和卡普斯丁亚尔3个发射场都曾发射过的最多的一种运载火箭。从1980年以后，基本上定在普列谢茨克发射场发射了。

3．）“能源”号火箭

1987年5月15日，前苏联发射一枚世界上最大的运载火箭。它的第一级按计划应该落在前苏联领土上，但是由于模拟有效运载荷上的系统发生故障，随第二级坠落太平洋中。这次发射基本成功，证明方案正确，芯级和助推器工作正常，只是第二级未能将大约100吨的模拟载荷送入轨道。这就是“能源”号超级运载火箭。

1988年7月30日，它的总设计师鲍·伊·古巴诺夫透露了“能源”号火箭的一些细节：火箭总长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，则可把18吨的有效载荷送入地球静止轨道。

这是前苏联“能源”科学生产联合体的一项杰出成就。20世纪70年代就开始设计，作为发射航天飞机计划的重要部分。“能源”号是两级运载火箭。第一级捆绑4个液体助推器，高39米，直径4米，每个助推器上装一台PA－170液体火箭发动机，推进剂为液氧和煤油，在地面的推力为740吨；第二级为直径8米的芯级，由4台液氧液氢发动机组成，地面推力为148吨。发射时，第一二级发动机同时点火，到达64千米高度时，助推器工作完成，由地面控制其成对地脱离芯级火箭加以回收，经维修能重复使用50次；芯级火箭继续把有效载荷送上200千米左右的地球轨道，然后火箭第二级落于太平洋的预定海域。

“能源”号火箭的设计要求，首先是要具有发射大型不载人航天飞机的能力，其近地轨道的运载能力为1054吨。火箭上包含所有推进系统部件。其次是具有发射重量为10至20吨有效载荷的能力，故采用积木式方案，捆绑的助推器可单独使用，运载能力大幅度提高。第三是具有全方位发射能力，第一级坠落在安全地区，可回收再次使用。总设计师古巴诺夫强调“能源”号采取了设计冗余度原则，对一些关键设备和重要装置设计了备份，同时利用计算机进行过500次各种故障试验，借助200种实验装置对火箭整体和组件进行过6500多次试验，对全尺寸实物模型进行了5次试验，这就提高了火箭的可靠性。特别是这种火箭还装有故障防护设备，能控制两级火箭发动机的工作状态，在发现工作异常时，立即将失灵部件断开，甚至在第一级或第二级中的一台发动机发生意外故障停机时，火箭仍可继续有控制的飞行。

1988年11月15日，“能源”号火箭首次成功地将“暴风雪”号航天飞机送上了亚轨道高度，在160千米的高空启动航天飞机上的发动机，把“暴风雪”号航天飞机助推到入轨速度，然后机上发动机再次启动，将“暴风雪”号送入250千米的圆形轨道。“能源”号火箭首开记录，完成了一次历史性的航天飞行。

“能源”号运载火箭若要把有效载荷送上高地球轨道或逃逸轨道，还必须根据飞行的不同任务，加一个不相同的上面级。这些上面级装在一种通用的货舱容器内，容器长42米，直径6．7米。这样组成的“能源”号火箭具有很高的发射能力，它的同步轨道运载能力可达18吨，月球轨道的运载能力为32吨，火星和金星轨道的运载能力为28吨。因此，“能源”号火箭的主要用途，是将来用于发射空间太阳能电站、永久性空间站、载入航天飞机以及各种行星探测器。