俄羅斯載人航天發展如何?計劃雄心勃勃,但缺錢
神舟十二號載人飛船發射成功引發了大眾對載人航天的熱議。目前,世界上只有中美俄具備獨立將本國航天員送入太空的能力,但印度、伊朗等國也試圖進入這一俱樂部。那麼,美國、俄羅斯、印度等國載人航天發展如何?
編者按
俄羅斯計劃在2023年對新一代載人飛船“鷹”進行首飛,但經費的問題可能導致飛船項目像其他航天項目一樣不斷拖延。
上個月28日,俄國家採購網上發布的俄國家航天集團材料中顯示,俄羅斯新型“鷹”號載人飛船將可以繞地球飛行1年左右時間,並可以繞月飛行長達半年。該飛船計劃在2023年進行首飛,2024年開始執行無人飛行任務,2025年進行載人飛行。
“鷹”號載人飛船模型。
“老黃牛”老驥伏櫪
今年10月,俄羅斯將發射“聯盟”MS-19載人飛船,將新一批航天員送往國際空間站,這是“聯盟”系列載人飛船的第150次發射,發射次數之多、改進型號之多,讓其他載人飛船難以望其項背。而且征戰太空55年的“聯盟”飛船還將繼續服役多年,直到俄羅斯新一代載人飛船“鷹”號上崗,可以說是世界載人飛船中的“老黃牛”。
1966年11月,代號“宇宙”133號的“聯盟”飛船進行了首次試飛。該飛船由科羅廖夫設計局研製,採用三艙式設計,最前面是軌道艙,之後是返回艙,最後是推進艙。“聯盟”飛船其實是為蘇聯載人登月設計的,但登月計劃以失敗告終,“聯盟”飛船轉向近地軌道,出乎意料的是,飛船不僅是蘇聯載人飛行的主力,蘇聯解體後還繼續服役了30餘年。“聯盟”飛船重約7.1噸(早期型號重6.5噸),擁有一個2.9噸重的返回艙,內部容積4立方米,可攜帶3名航天員。
“聯盟”飛船的指標並不算出眾,尤其是狹窄的返回艙只能容納3名航天員,而且非常擁擠,但由於後繼者遲遲未出現,只能一直改進,適應時代的變化,而同時代的“雙子星”、“阿波羅”飛船早已進入博物館,甚至上世紀80年代後期誕生的航天飛機都在2011年退出了歷史舞台。現役的“聯盟”MS由“聯盟”TMA改進而來,重點是使用了電子設備,比如新的電子計算機、遙測指令系統等,實現了全數字化,自動化程度、落點精度和可靠性得到了提高。值得一提的是,這些改進的技術一部分將用於俄羅斯新一代載人飛船的研製。
雖然“聯盟”飛船目前是俄羅斯載人航天的主要工具,但這種飛船畢竟是50年前的設計,再怎麼改進,受原始設計的影響,已經無法滿足要求,尤其是返回艙空間有限,無法攜帶更多航天員,不適合用於載人深空探測。
“聯盟”飛船改進型非常多,現役的是“聯盟”MS。與其他國家研製的新一代載人飛船相比,差距則更加明顯。其實早在蘇聯時代,“聯盟”載人飛船之後的下一代飛船就曾提上日程,上世紀80年代,蘇聯開始研製“曙光”飛船,該飛船兩艙式設計,最多可搭載8名航天員,但由於這一時期蘇聯國力開始走下坡路,加上“暴風雪”號航天飛機的存在,研製工作還未完成蘇聯就已經轟然解體,而繼承蘇聯最大遺產的俄羅斯財力有限,完全沒有餘力繼續研製“曙光”飛船,只能在“聯盟”飛船基礎“縫縫補補”。
進入新世紀後,藉著石油價格的上漲,國力有所恢復的俄羅斯開始考慮研製新一代載人飛船。2006年,俄羅斯和歐洲聯合進行了名為先進載人運輸系統(ACTS)的研究,載人飛船的研製才算步入正軌,ACTS早期計劃使用ATV飛船的服務艙,外加“聯盟”載人飛船改進後的軌道艙。2007年10月,方案再次更改,變為大錐形返回艙加服務艙的設計,後來它的服務艙也改由能源集團專門研製。
2009年,由於歐空局遲遲不下決心,雙方合作曲終人散,ACTS飛船計劃不得不取消,不過這為俄國新一代飛船“聯邦”號的研製奠定了基礎。2009年4月6日,能源公司獲得了新飛船的研製合同,新飛船被命名為“未來載人運輸系統”(PPTS),它是一種兼顧近地軌道和登月任務的飛船。2016年1月15日,俄羅斯航天局正式公佈的命名卻是“聯邦”號,最後又更名為“鷹”號。
“鷹”號飛船也採納了返回艙重複使用的概念,採用兩艙式設計,可以容納4人進行近地軌道或是深空飛行。為了同時兼顧近地軌道和深空任務,“鷹”號載人飛船使用大小不同的服務艙,飛船重量14噸和20噸兩個級別。“鷹”號載人飛船由俄羅斯正在研製的安加拉-A5運載火箭發射,將取代目前的聯盟號飛船執行近地軌道任務,未來還可用於執行載人登月甚至登火任務。“鷹”號飛船原計劃在2015年發射,但因為技術和經費的原因,研製進度大幅落後於原計劃,目前已經推遲到2023年。
聯想到不斷推遲的“安加拉”火箭、“月球”-25等俄羅斯重大航天項目,“鷹”號飛船首飛時間還可能繼續拖延,“聯盟”號飛船“這頭老黃牛”還要繼續征戰多年。
“鷹”號飛船的返回艙模型。
重啟航天飛機靠譜嗎?
近幾年,俄羅斯考慮重啟航天飛機的報導不時出現,但一直是“只聞樓梯響,不見人下來”。
今年3月,俄羅斯航天政策研究所所長伊万莫伊謝耶夫向媒體表示,俄羅斯正在研發的航天飛機未來可以用於軍事任務。俄羅斯“閃電”科研生產聯合體總經理索科洛娃表示,作為曾研發“暴風雪”號航天飛機的機構,“閃電”科研生產聯合體將建造新的民用航空航天飛機,新的航天綜合系統“最近5年內將實現太空飛行”。俄羅斯航天集團2020年10月的文件顯示,該集團計劃在2022年9月前投入2.39億盧布論證建造可重複使用的有翼型航天飛機的必要性。
2011年7月21日,美國亞特蘭蒂斯號航天飛機慢慢脫離國際空間站,包括“亞特蘭蒂斯”號在內的美國現役3架航天飛機在當年全部退役。美國退役航天飛機不僅宣告美國航天飛機時代的終結,也宣告世界航天飛機時代的終結。
航天飛機是美蘇你追我趕航天競賽下的產物,由於美國航天飛機最先發射成功,很多人認為美國是最早研製航天飛機的國家。其實,恰恰相反,蘇聯比美國更早啟動航天飛機的研製,只是起了個大早,趕了個晚集而已。
上世紀60年代,蘇聯爲了能在太空領域進一步壓倒美國,蘇聯米格設計局的科學家提出了著名的“螺旋”航天飛機計劃,而美國航天飛機研製計劃在70年代初才正式啟動。蘇聯又在1976啟動了“暴風雪”號航天飛機的研製計劃,並在1988年進行了首次發射,蘇聯解體後,“暴風雪”號航天飛機的後續發展戛然而止,而囊中羞澀的俄羅斯更是無法支持航天飛機這個吞金巨獸,成為俄羅斯航天發展路上首先拋棄的對象。
“暴風雪”號航天飛機的命運非常悲慘,現在已經成為街頭藝人塗鴉平台,令人唏噓不已。隨著經濟的好轉,俄羅斯開始考慮重啟航天飛機,其中比較有名的項目是MRKS航天飛機,該航天飛機外形和“暴風雪”號較為類似,整個航天飛機系統由軌道器和助推火箭組成,助推火箭採用可重複使用和模塊化設計,回收方式均為飛回式。火箭經過檢修和重新加註燃料之後可用於下一次發射。
MRKS航天飛機在氣動佈局和內部設計方面與“暴風雪”號航天飛機基本相同,主要由前、中、尾三段組成,前段結構可分為頭錐和乘員艙兩部分,具有良好的氣動外形和防熱系統。航天飛機的中段主要是有效載荷艙。艙內可以裝載各種衛星、空間站等。尾段安裝了多台發動機,可為航天飛機入軌和離軌提供動力。據悉,MRKS航天飛機可將35噸的載荷送入近地軌道,運載能力非常強。
理想很豐滿,現實很骨感。MRKS航天飛機項目至今沒有什麼進展。與俄羅斯其他重大航天項目一樣,錢是最大的問題。每架MRKS航天飛機的成本可能不低於1.8億美元,這還不包括研發的費用。美國航天飛機研發費用平攤到每架飛機約20億美元,俄羅斯這幾年每年的航天預算在50億美元左右,這幾年俄羅斯經濟並不好,加上安加拉火箭、探月計劃等項目佔據了不少的航天經費,大型航天飛機過於燒錢,很難得到支持。
對於俄羅斯來說,研製類似美國X-37B的小型無人航天飛機是比較現實的選擇,可以使用現役的運載火箭發射,研製成本和運營成本也比“暴風雪”這樣的大型航天飛機少很多,而且可以滿足軍用需求。