曾领先长征5不止一代 俄火箭为何如今却被甩到后面

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2020年12月15日,俄罗斯在普列谢茨克发射场发射了新一代火箭“安加拉A5”,把模拟配重送入了地球同步转移轨道。这是俄罗斯航天事业的一个重大进展。可是我们回顾“安加拉”火箭的发展史,不得不道一声“苦”。

安加拉A5首次轨道发射

安加拉火箭家族的项目启动时间和长征五号比较接近。1992年,苏联刚刚解体不久,不但曾经雄心勃勃的能源火箭、航天飞机计划被迫中断,而且现有的火箭事业也面临着很大的问题。对俄罗斯来说,相当多的配套厂丢在了其他加盟共和国,发射中心丢在了哈萨克斯坦。俄罗斯自己还维持着联盟和质子两个主要火箭体系。于是,俄罗斯高层决定,重新开发一种新的火箭家族,从供应链到发射场都立足国内。这个火箭系列被称为“安加拉”,并且决定从俄罗斯本土的普列谢茨克发射。

应该说,这个时候的俄罗斯,在火箭技术基础上比中国要领先一个时代都不止。已经研制成功的“能源”为俄罗斯留下了技术成熟的4喷管超级发动机RD-170。这种发动机强悍到什么程度呢?俄罗斯在它基础上去掉两个喷管研制出来的RD-180发动机,是美国主力军用火箭宇宙神-5的主发动机,连年进口、欲罢不能。今年美国发射火星飞船“火星2020”所使用的,正是宇宙神-5。而“安加拉”打算采用的RD-191发动机,是把RD-170去掉三个喷管,形成一种单喷管型号。这应该是难度不大,于是俄航天局为“安加拉”设想了庞大的家族,从轻型到重型,至少有5个不同的型号,覆盖了从小卫星到载人飞船、星际探索的全部需求。人们似乎看到一场壮丽的远征正在揭幕。

1994年的长征五号,却还处在两眼一抹黑的局面下。国内对大推力液氢液氧发动机、大型液氧煤油发动机和重型火箭毫无经验,无论设计、生产还是试验,都还是零基础。听起来,“安加拉”会把长征五号的进度远远甩在后面。

安加拉A1.2构型

然而,“安加拉”计划刚一起步,就被迫踩了急刹车——俄罗斯政府没有钱了。90年代中期的俄罗斯几乎陷入了历史的最低谷,经济崩溃和车臣战争的影响,让政府无力承担宇航工业研发的开支。俄航天局忙着用“联盟”和“质子”火箭低价承揽国际发射服务,勉强赚钱养活自己,哪里有钱搞型火箭的研发?进入21世纪之后,由于石油价格上涨,俄罗斯经济总算有了起色,可是投入“安加拉”研制的经费却依然微不足道。到2004年,负责研制的赫鲁尼切夫宇航集团走投无路,向银行借贷了60亿美元开展研制,“安加拉”的基本设计才确定下来。2008年宣布,RD-191的样机研制成功,并且进行了试车,可以装箭试飞。也算是取得了进展,

这段时间里,为“安加拉”支付研制费用的不仅仅是俄罗斯政府,还有韩国政府。俄罗斯作为一个拥有雄厚火箭底蕴的国家,在设计“安加拉”时引入了非常先进的概念,叫做“通用芯级”。分为一级和二级火箭。一级火箭是用RD-191发动机配套燃料储箱、控制设备,形成一根根完全一样的一级火箭。需要发射多重的卫星,就捆绑几根。发射比较轻的卫星就只用一根、发射比较重的用三根,发射特别重的要用五根。二级火箭则是采用RD-0124A发动机为核心。这种设计让火箭工厂的工艺设计和质量管理都大大简化,还能通过规模效应降低成本。中国至今还没有实现这样的理念。美国则是在2004年首飞的德尔塔4火箭上有限实现、在2018年的重型猎鹰火箭上才彻底实现通用芯级的理念。

俄罗斯空有美好的愿望,却没有足够的钱来把它变成现实。因此,当韩国为了发展火箭技术而找上门来合作的时候,俄罗斯大喜过望。双方约定,由俄罗斯提供三枚通用芯级,支持韩国研制三枚“罗老”号火箭,要价4亿美元。从2009年到2013年,罗老号三次发射两次失败,第三次才取得成功。但这三次飞行中,俄罗斯提供的通用芯级都表现良好。事后,俄罗斯没有向韩国转让哪怕一个字节的技术。换句话说,韩国友情赞助了4亿美元,为“安加拉”完成了关键性的研制里程碑。2014年7月,“安加拉”家中最小的型号“安加拉1.2PP”首飞成功,它采用了一根一级通用芯级一根二级通用芯级。12月,采用了5根一级通用芯级和一根二级通用芯级的“安加拉5”首飞成功。虽然这两次飞行仅仅是亚轨道飞行,没有达到第一宇宙速度,但毕竟是一个好的开始。

到这个时候,“安加拉”的进度还是赶在长征五号前面的。不但长征五号自己没有首飞,采用长五同款发动机的长征六号小型火箭也没有首飞。然而,这时的俄罗斯政府又进入了“钱紧”状态,随之而来的不是高强度拨款,而是又一段漫长的等待。

中国政府和中国人民却没有让航天事业为了缺钱而苦苦等待。2015年和2016年,长征六号、五号先后首飞成功。2017年长征五号第二次飞行失利之后,国家下大力气投入资金和资源,在2019年成功复飞。时至今日,长五已经连续四次飞行成功。这六次飞行都是轨道飞行,其中发射天问一号和嫦娥五号的任务属于深空飞行。长五B还发射了新一代飞船的无人样船。无论从任务适应性还是飞行经验来说,已经把“安加拉”甩在了后面。

“安加拉”所面临的不仅仅是和长五的荣誉赛跑,更有猎鹰九号和太空探索技术公司的猛烈竞争。俄罗斯要是再不能拿出新一代火箭来,就要被美国彻底甩开了。这也是俄罗斯急于在2020年末尾推动“安加拉5”实施轨道飞行的原因。我们注意,本次发射的并不是卫星也不是飞船,而是一个模拟的配重块。这是非常不经济的做法,等于浪费了一次昂贵的运力。采取这种做法有两种情况,一种是研制者非常有钱,不在乎白打一次,马斯克首射“重型猎鹰”就是这样做的;另一种是卫星业主对火箭极其不信任,不敢用宝贵的卫星去做实验。中国在上世纪90年代为澳大利亚发射卫星时,对方也曾经提出不敢用首发火箭运载,中方用模拟卫星发射了一次,对方才放心。这次“安加拉5”发射配重块,意味着俄罗斯国内用户也不敢相信它。当然,飞行成功可能会对它后续承揽发射业务很大的促进作用。

如果对比长五和“安加拉5”的性能数字,会发现长五其实更大一些。“安加拉5”起飞推力7680千牛,能把5.4吨~7.5吨的载荷送入地球同步转移轨道,长五起飞推力10524千牛,可以运送13~14吨的载荷!不过这也和发射场位置有关,俄罗斯目前只有普列谢茨克发射场可以供“安加拉”起飞,这里的纬度达到北纬63度。而长五使用的文昌发射场地处北纬20度。也就是说,“安加拉”能利用到的地球自转速度微乎其微,长五却可以大大借助赤道附近的地球自转速度来提高运载能力。俄罗斯本打算在靠近中国东北的远东地方修建东方发射场,把纬度降低到北纬51度,虽然还是比文昌差得远,但总比普列谢茨克强。然而俄罗斯人似乎缺乏“基建狂魔”的精神,东方发射场至今没有投入使用。

如果把火箭比喻成人,“安加拉”就是个破落贵族的子弟,虽然祖上曾经显赫,但一出生就衣食不继、发育不良;长五出身贫寒,却赶上了家族兴旺的时代,发育成了强壮的大块头。根据人们已知的发射计划,到2030年前,长五仅仅载人航天和星际探索计划就要发射八次,各种卫星发射计划尚且没有列入其中。而“安加拉”家族的发射计划表上目前只有4次任务,其中3次是轻型的“安加拉A1.2”,一次是“安加拉A5”。至于超重型的“安加拉A7”是不是依然在研制计划表上,俄罗斯人压根就没有提及。随着中、美、欧、日新一代火箭的推进,“安加拉”是不是会被甩开,也是很难说的事情。

最后用一个词来总结迄今为止的“安加拉”成长史,那就是“命苦”。

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