瞄准火星 超重型火箭呼之欲出

<p>　　</p><p>　　<strong>核心提示：</strong>2014年4月24日，俄罗斯航天局局长奥斯塔宾科宣布，俄罗斯航天部门已将研制超重型运载火箭列入今年的航天计划中。根据项目规划，俄罗斯将采用部分苏联时期能源号超重型运载火箭项目遗留的技术储备，研制运载能力100～120吨的超重型运载火箭。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">根据运载火箭把载荷发射到某一目标轨道的运载能力，我们通常将运载火箭分为轻型、中型、重型三大类。近年来，随着技术的不断发展、进步，人类研制出了多款运载能力达到100吨以上的“ 庞然大物”，它们的起飞质量都在3000吨左右，通常这类火箭都被冠以“ 超重型”以示区分。</p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"> </p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">俄罗斯能源号超重型运载火箭</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>看优势：运载能力百吨级</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">对于低地球轨道运载能力达到100吨的火箭来说，用它们来发射普通的应用卫星和空间站舱段显然是“大材小用”了。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">虽然从运载能力上讲，这类火箭可以“一次N颗”地实施卫星组网或补网的发射，但考虑到卫星星座的实际运营规划和补网频率，并不需要一次性发射太多卫星。而对于由多种轨道卫星组成的卫星星座，一次性发射还面临着上面级大倾角机动投放卫星的问题，扣除大范围轨道机动的推进剂消耗和上面级的结构质量，这种方式实际能搭载的卫星数量并不理想。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">这类“庞然大物”最大的用途是用来发射深空探测飞船（如载人登月飞船）及超大型轨道舱段/构件。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">载人探月及更远空间的（载人）探测任务有两大特点。首先，需要飞船具有较高的飞行速度以尽量缩减任务周期，降低对航天员的要求，并尽快回收深空天体采样样本，这是当前重型运载火箭难以满足的。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">其次，即使飞船获得了较高的初速，碍于化学推进剂火箭的性能限制，对于探测火星这样的深空目标来说，飞船的往返周期仍然漫长。这不但需要储存足够的食物和水，提供一个长期稳定的舱内环境，而且飞船自身也需要耗费大量推进剂，飞船的重量也是一般重型火箭难以承受的。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">因此，深空（载人）探测这类任务，只有运载能力超过100吨的超重型运载火箭才能完成。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>看历史：还有哪些“大家伙”</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">超重型火箭本身并非新概念。在漫长的冷战时期，美苏两个超级大国都研制过这一重量级别的运载火箭。其中，最著名的当属美国的土星五号登月火箭和苏联的能源号超重型火箭。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">土星五号运载火箭是美国为满足载人登月要求而研发的超重型火箭。“土星五号”采用串联三级设计，起飞质量达3000吨，低地球轨道运载能力为120吨。在完成阿波罗系列载人登月任务后，“土星五号”还将美国唯一一个空间站天空实验室送入了轨道。该空间站在轨质量超过77吨，曾先后有三批航天员在站内工作过。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">能源号运载火箭由苏联第一试验设计局设计研制。“能源号”采用一级半并联设计——芯级两侧各捆绑一枚液体火箭助推器。该火箭全箭长约60米，总重2400吨，起飞推力达3500吨，低地球轨道运载能力为100吨。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">苏联曾用它发射了暴风雪号航天飞机试验轨道器和极地号军用空间站。然而，美苏冷战结束后，耗资巨大的能源号却被束之高阁。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>看未来：访月探火都靠它</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">近年来，随着俄罗斯经济形势的好转以及新一轮登月高潮的来临，俄罗斯重返月球的勃勃雄心也再度燃起。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">2013年底，俄罗斯正式公开招标登月火箭的计划。而在此之前，俄罗斯曾提出了数个超重型运载火箭方案，如“安加拉-100”、“ 叶尼塞-5”、“阿穆尔”等，但这些都仅仅停留在方案设计阶段，并未走出纸面进行试验件生产。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">俄罗斯航天局希望，新一代超重型火箭采取开放式体系结构，能够方便地对火箭进行阶段性升级。为了满足这个要求，赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心提出了一个名为“卡斯卡德”的新型运载火箭系列设计方案。该设计方案中，每个捆绑助推器配备八个燃烧室，助推器直径3.9米，能够携带415吨燃料。推力最大的型号还将配备一个直径7.7米、携带250吨氢燃料的上面级。此外，该火箭最主要的特点是发动机燃料能在压力较低的工况下燃烧。而低压燃烧安全裕度高，这对载人飞行任务至关重要。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">与俄罗斯大量采用新技术、新概念的研制路线不同，美国则采用重新整合现有成熟技术的方法，以期在短时间内拿出实用的超重型运载火箭。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">美国将新一代超重型运载火箭命名为SLS，其技术方案为：芯级动力采用了原航天飞机RS-25发动机的改进型；助推器采用了5段式固体助推器，升级自原航天飞机使用的4段式固体助推器，不可重复使用，后期计划替换为升级版F-1液体火箭发动机；上面级计划初期用半人马系列采用的RL-10发动机，后期将替换为J-2X。按照这个设计，新火箭初期运载能力为77～110吨，最终版本将达143～165吨。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">目前，由于俄超重型运载火箭还处于竞标阶段，最终方案并未确定，但俄罗斯已迈出了重返载人深空探测的重要一步。预计在2020年前后，美俄将相继发射超重型运载火箭，他们不但要再访月球，还要将人类的足迹留在火星。（姚强）</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"> </p><br />