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焱兹资讯      时间:2018-10-11收藏
专题: 首次登月 84年苏联入侵中国 1974年中国氢弹炸苏联 形容时尚潮流的词 

原标题:语宙:苏联载人登月计划始末(上)——夭折的红色阿波罗

美国宇宙飞船“阿波罗11”号于1969年7月21日登上月球,首次实现了人类登上月球的梦想,苏联的登月计划则功亏一篑。在太空竞赛中多次领先的苏联为何被美国“翻盘”,技术问题并非全部。

1961年5月25日,时任美国总统的约翰·肯尼迪在美国参众两院召开的特别会议中,首次对外公布了美国的载人登月计划,也就是后边家喻户晓的“阿波罗计划”。在这次特别会议中,肯尼迪对美国即将全面实施的庞大载人登月计划信心十足,他指出:

“I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth.”

我相信这个民族能够齐聚一心全力以赴达成这个目标,在这个十年结束之前,人类将乘坐宇宙飞船登陆月球并且安全返回。

就在肯尼迪发表这篇激情洋溢的演说前仅仅20天,美国刚刚成功将首位航天员送入太空,而且还不是绕地轨道(即水星-红石3号任务,航天员艾伦·谢泼德乘坐自由7号航天器进行了一次亚轨道飞行),而美国首次成功将航天员送入预定绕地轨道的水星-宇宙神6号,则是在肯尼迪对外宣布阿波罗计划之后将近9个月才发射升空的。任何人站在60年代初期那个时间节点看肯尼迪的那篇演说,都可能会觉得他疯了。

而就在肯尼迪发表演说的一个多月前,苏联航天员尤里·加加林乘坐东方1号飞船成功进入预定轨道,苏联在创造了“史普尼克危机”后在太空竞赛中再次拔得头筹。苏联带来的巨大竞争压力和残酷的现实让60年代初期的美国焦头烂额,阿波罗计划的提出在当时看来,足够气吞山河,却也是意图振作的无奈之举。当然,肯尼迪的讲话,苏联在第一时间就听到了。面对老对手祭出的这样一个庞大计划,已经多次旗开得胜的苏联不可能不有所行动。月球也不再是寄托人类神话幻想的域外之地,而在悄然间成为超级大国间的角力场。

月球,新的战场

美苏对月球的争夺由来已久,早在50年代太空竞赛开始之初,美苏两国就将太空探索的注意力投向了月球,作为距离地球最近的天体,月球不光是人类进行太空科研探索的一块处女地,更是大国间比拼科技实力的试验场。50年代后期,美苏先后开展了自己的探月计划,彼时距离人类首颗人造卫星升空也不过一年光景,双方都如此大跃进式的推进自己的太空计划,着实令人咋舌。

不过美苏两国的探月工程在起初都遭遇了一系列失利,在1959年以前,美国的先驱者计划(Pioneer program)的三次发射任务与苏联月球计划(Луна программа)的三次发射任务全部失败。直到1959年1月4日苏联发射的“月球1号”(Луна-1)首次成功实现了近月飞行,同年3月3日美国也成功发射了自己的第一颗探月器“先驱者-4号”(Pioneer-4),在此后短短的十年间,双方居然先后发射了60多颗无人月球探测器。

苏联“月球-1号”探月器

1959年3月1日,美国火箭设计师冯·布劳恩(左)检查先驱者-4号探月器零部件

这一波探月狂潮,一方面客观上极大刷新了人类对月球的认知,一方面也为双方日后的载人登月计划做了技术准备。而苏联的登月计划,实际早在肯尼迪那篇著名演讲发表之日后没多久就正式提上日程,而先期的准备工作则开始得更早。尽管苏联方面从未公开表示过与美国进行登月计划较量的意愿,也从未像美国那样高调的公开自己的登月计划,但苏联版本的阿波罗计划一直在秘密进行着。

在时隔40多年的2009年,实现人类首次太空漫步的前苏联航天员阿列克谢·列昂诺夫(Алексе́й Лео́нов)在接受俄新社记者采访时披露了当时苏联登月的一些细节:

“В 1962 году вышло постановление, подписанное лично Никитой Хрущевым, о создании космического корабля для облета Луны и применения для этого запуска ракеты-носителя "Протон" с разгонным блоком. В 1964 году Хрущев подписал программу о том, чтобы СССР осуществил в 1967 году облет, а в 1968 году - высадку на Луну и возвращение на Землю. А в 1966 году было уже постановление о формировании лунных экипажей - была сразу набрана группа для посадки на Луну”

(在1962年,赫鲁晓夫亲自签署了一条命令,计划使用新开发的质子火箭实现载人绕月飞行与登月。1964年赫鲁晓夫批准关于苏联载人登月计划,计划于1967年实现载人绕月飞行,1968年将航天员送上月球并返回。而到了1966年则正式开始为登月计划招募航天员)。

作为曾经入选苏联登月航天员备选名单的列昂诺夫,从他的讲话中可以看出:首先早在1962年,苏联官方就正式启动了载人绕月/登月计划,并预计在1968年,也就是在阿姆斯特朗成功登陆月球的前一年把苏联航天员成功送上月球,意图继续为苏联在太空竞赛中拔得头筹。

蓄势待发

实际上,苏联登月计划中将使用的载人飞船,其最初设计构想在加加林还未载入太空时就已经存在,而且这一切还是要围绕苏联航天事业的奠基人科罗廖夫展开。早在1960年,执掌苏联第一实验设计局(ОКБ-1)的科罗廖夫就与他的老相识,当时任第九设计部主任(隶属于ОКБ-1),被誉为苏联探月之父的火箭设计师米哈伊尔·吉洪拉沃夫(Михаил Тихонравов)一起进行了一次登月计划的概念性研究,即以东方号飞船为基础的东方ZH计划,即以当时的东方号飞船为基础,在地球轨道和多个航天器对接并组成一个复合体,飞向月球(最初这种构想只是为了完成一次奔月行动而非绕月或登月)。

在太空竞赛之初,对于探月以及载人登月,一直存在三种备选模式。

第一种,采用地球轨道交会对接模式,即使用几枚小型火箭将登月组件发射升空,在地球轨道将登月组件(比如轨道舱,登月舱,燃料舱等等)通过交会对接组装起来,再奔向月球。实施登月任务时,飞船整体降落在月球表面。任务完成后再整体返回地球。这种模式被称为“Earth Orbit Rendezvous”

第二种,采用月球轨道交会对接模式,即将用一艘较大的航天器(指令舱)携带一艘登月舱奔向月球,到达绕月轨道后,登月舱脱离母船实施登月,任务完成后登月舱升空与母船对接,然后返回地球。这种模式被称为“Lunar Orbit Rendezvous”

第三种,由火箭装载登月器直接飞向绕月轨道实施软着陆登月,任务完成后直接从月球返回地球。这种模式在美国被称为“Direct ascent”。美国的阿波罗计划就是采用的第二种模式,而科罗廖夫与吉洪拉诺夫则在东方ZH计划上采用了第一种方式。

这种复合体的概念在接下来的几年里被科罗廖夫进一步发展。1962年,以当初的东方ZH为基础,科罗廖夫与吉洪拉沃夫又联合ОКБ-1第三设计部的科雷亚科(Ю. П. Коляко),以设计中的苏联第三代载人飞船号为基础,设计了号复合体方案,即7K-9K-11K(Союз 7К-9К-11К)方案。该飞船分为三个模块,首先是载人模块,可搭载多名航天员,被称为7k;其次是推进模块,由三个推进舱组成,被称为9K。最后是燃料补给模块,即可以载人绕月飞行的飞船,被称为11K。这个构想在之后不久就得到了苏联高层的认可。

7K-9K-11K复合体草图

之后经过进一步研究,7K-9K-11K被修改为A-B-V。该复合体被分为火箭舱段(即B),空间燃料段(即V)和载入舱段(即A)。虽然在当时,整个复合体飞船仅仅是用于绕月飞船,而非直接将航天员送入月球,但这一概念的提出和论证,无疑是在为日后的登月计划打下基础。

根据科罗廖夫等人的构想,号复合体的奔月流程如下:

1、将大约5.7吨重的火箭舱段B(不装载燃料)发射升空,进入预定轨道。

2、将载有三个燃料舱段,大约6.1吨重的V发射升空,并完成与B的轨道对接,由V通过管道向B加注燃料。

3、发射大约6.45吨重的载人舱段A,并与B-V实现轨道对接,之后B点火,飞行月球。

科罗廖夫这样的设计无疑非常有想象力,这其中也能看出齐奥尔科夫斯基在早年对他的影响,但受限于60年代轨道对接技术尚不成熟,相比较后来的阿波罗飞船,这一套理念亦显得过于冗长和复杂,这一套流程下来,需要实施6次发射任务,5次轨道对接。实际上,这一系列动作简直就像是70年代末苏联空间站轨道对接的雏形。

虽然有苏联高层的支持,但科罗廖夫领导的第一试验设计局在设计该型飞船时还是遇到了相当多难以克服的技术瓶颈,无奈之下,1964年科罗廖夫不得不对现有的设计方案进行修改和简化,整合成一个新方案,主要是取消之前的火箭舱段与燃料舱段分开的设计,使用氢燃料,取消轨道舱。重新设计的飞船被命名为7K-L1(Союз 7К-Л1),相比较之前复杂的复合体,虽然依然坚持在轨道组合复合体的基本概念,但7K-L1已经做到了极大的简化。

7K-L1飞船与火箭段

党同伐异

对于此时的科罗廖夫而言,繁重的工作与每况愈下的病体还不是最折磨人的,让他五味杂陈德是,在这登月计划的起步阶段,苏联内部出现了挑战自己权威的竞争者。事实上,在复合体概念被提出之时,苏联不少火箭工程师就对这个方案里复杂的轨道交会动作提出质疑,到了1964年,由火箭设计师弗拉基米尔·切洛梅(Влади́мир Челоме́й)领导的第52试验设计局(ОКБ-52)设计了一套全新方案LK-1,之后又进一步将其改进为LK-700根据这套方案,无需在地球轨道进行复杂的模块轨道交会对接,只需一枚推进火箭就将载人飞船直接送入绕地轨道,然后实现登月。这套方案实际上是参照上文所提到的第三种模式,显然,相比于科罗廖夫复杂的地球轨道交会对接方案要更加简洁。

眼看着自己的权威被别人所挑战,再怎么说都不是一件让人顺心的事情。虽然科罗廖夫凭借其多年积攒的人脉和威望,使苏联高层依然支持他的这套复合体方案,但切洛梅的设计显然还是让不少人动了心,而新型运载火箭N-1的研制工作又极大牵制了科罗廖夫的精力,最后,切洛梅的LK-1获得高层批准开始研制,与复合体方案进行竞争。而在此之后,原本坚持采用地球轨道交会对接模式的科罗廖夫也不得不对现实妥协,对现有的A-B-V进行大改,形成后来与之前的A-B-V方案并行的7K-LOK。

LK-700等比例模型进行试验时拍摄的照片

特别是,切洛梅为了与科罗廖夫进行竞争,在整个苏联登月计划里不仅仅怀揣LK-1这么一件作品参赛,与科罗廖夫一样作为火箭设计师的他,为LK-1以及后来的LK-700专门打造了一款新型运载火箭UR-500与其发展型UR-700,一如科罗廖夫将复合体搭配R-7改进型(后来改用N-1)运载火箭一样,而UR-500火箭另一个名字,就是时至今日都大名鼎鼎的 “质子”(Прото́н)号运载火箭,在苏联航天界,科罗廖夫正遭遇着全方位的挑战。

况且,科罗廖夫遇到不仅仅是一个切洛梅,事实上,在使用哪种运载火箭实现登月这一重大问题上,苏联高层一直无法决断。在60年代的头5年时间里,居然出现了三种备选方案,除了科罗廖夫正在苦心研制的N-1运载火箭,和切洛梅推出的UR-700运载火箭外,还有火箭设计师米哈伊尔·扬格利(Михаил Янгель)领导的第586试验设计局(ОКБ-586)所设计的R-56型运载火箭。而相形之下,此时的美国早已为为自己的阿波罗计划选定了布劳恩设计的土星系列超重型运载火箭,苏联正在逐渐被美国所反超。

60年代初,科罗廖夫(左)切洛梅(中)和扬格利(右)为了竞争苏联登月计划而展开激烈竞争

作为苏联登月计划备选火箭的N-1,UR-700,R-56运载火箭与美国土星5号运载火箭

火箭之争,兄弟阋墙

这场同室操戈般的火箭竞争源于1959年的一次特别会议。

1959年12月,苏联总设计师委员会(Совет главных конструкторов)联合苏联科学院部分专家以及部分军政代表在莫斯科召开研讨会,会议主题就是讨论苏联新一代运载火箭。需要指出的是,这个总设计师委员会成立于1946年,成立的目的是汇集苏联导弹方面的高精尖人才,确保当时在研的多个苏联弹道导弹项目能够顺利完成。从成立之初这个委员会的主席就是科罗廖夫。不过到了50年代末,随着美苏间太空争霸愈演愈烈,这个委员会开始越来越多的将精力转移到新型运载火箭的调研与评估上。

1954年时的苏联总设计师委员会成员合影,左起第二位是格鲁什科,第三位是科罗廖夫

在会上,科罗廖法高调的提出自己的R-7改进型以及N-1火箭方案,而与这位大佬针锋相对,与会的切洛梅和扬格利也都提出自己的设想与方案。切洛梅提出了全新的通用型运载火箭的方案,这套方案就是后来的质子型火箭以及UR-700的雏形。而扬格利则根据自己设计的苏联第一款实用性洲际导弹R-16为基础提出了全新的R-26型火箭。

依靠当时科罗廖夫的声望与人脉,会议最终决定继续重点发展科罗廖夫的R-7系列运载火箭并研制N-1型超大型运载火箭,至于切洛梅与扬格利的方案,未必就一定不如科罗廖夫的方案,但却还是决定将这两者的想法作为洲际导弹的设计方案而继续发展,实际上是确立了科罗廖夫在苏联火箭设计上不可撼动的地位。

作为科罗廖夫晚年的扛鼎之作,N-1运载火箭凝聚了这个航天先驱毕生的心血与梦想。N-1的俄语代号是H-1,而H则代表носитель(运载器之意),在设计之初,N-1并不是专用于登月计划,而是用于运载大型军用太空站组件以及无人或载人火星飞船。可见在一开始,科罗廖夫就将目光投向太空更远的方向。而随着登月计划的提出和正式实施,为了与之配合,科罗廖夫对N-1型火箭的原方案进行了重新设计,虽然在之前科罗廖夫坚持采用地球轨道交会对接模式实现登月,但这样就要求至少使用两枚N-1型火箭,但这样会大大增加发射难度,而且从成本上看完全没有必要,因此他不得不做出妥协,新的N-1火箭方案围绕与阿波罗计划类似的月球轨道对接模式,这就要求火箭的有效载荷足够大。N-1设计高度达到105米,质量达2850吨,有效载荷突破90吨,仅次于美国的土星5号,当然N-1和科罗廖夫本人的命运却远不及土星5号和布劳恩,这是后话。

N-1型运载火箭设计草图

在其他方案中,对科罗廖夫的N-1火箭威胁最大还是切洛梅的UR-700.作为质子号火箭的发展型,UR-700与前者一样是捆绑式火箭,拥有三枚捆绑式助推器,动力系统采用RD-270,由456试验设计局(ОКБ-456,前身是苏联空气动力试验室)。该火箭的整体设计也是为了配合切洛梅提出的直接登月的方案。UR-700方案几立几废,最终并没有被制造出来(而后来则干脆由质子K担纲绕月任务,这则是后话),但看看其前身UR-500“质子”号后来的成功与辉煌,尤其是其在苏联探月工程中的突出贡献,人们有理由相信这会是一款可靠的运载火箭。

今人制作的UR-700四视图

至于扬格利的R-56方案,其命运与UR-700一样都没有付诸实施,目前只能根据公开的数据推断其设计高度约为68米,质量为1421吨。值得一提的是,与UR-700一样,R-56也采用456试验设计局开发的RD-270型发动机,而当时执掌456设计局的,正是科罗廖夫的老相识,亦是死对头瓦连京·格鲁什科(Валенти́н Глушко́),这又为苏联登月的火箭之争蒙上了一层私人恩怨的阴影,而据列昂诺夫回忆,二人在工作中的关系曾经异常紧张。R-56并未成为N-1火箭的有力竞争者,并在之后几年便被淘汰,有说法认为是因为扬格利本人对科罗廖夫的尊重和对党同伐异的厌倦而自行放弃。

对于这三种火箭孰优孰劣,该选择哪一型为登月计划所用,当时的苏联高层迟迟下不了决断。就是到了R-56方案被放弃,对于选择N-1还是UR-700,还是举棋不定,这里纯粹的技术争端不多,却杂糅了不少个人恩怨。

出席招待会的科罗廖夫(左)与格鲁什科(右),二人的关系非常微妙

1963年,格鲁什科与航天员加加林(左)与帕维尔·波波维奇(右)在一起。二者交恶,是因为在苏联大清洗期间,格鲁什科为了保全性命检举揭发了科罗廖夫,导致其被捕入狱

(本文原载“语宙”微信公众号)

载人登月暂不考虑作为支撑载人登月任务的重型运载火箭,相关研制工作也是倍受关注的。目前美国、俄罗斯重启研制重载火箭受到了全世界的关注,中国也在开展技术攻关。雷凡培告诉记者,他们计划通过四到五年的时间,突破重载火箭总体设计和关键技术的攻关,之后完成重载火箭的研制。2030年左右实现首次飞行。按照计划,中国将会在2016年发射“天宫二号”空间实验室,随后会发射“神舟十一号”载人飞船和“天舟一号”货运飞船与之对接,来突破和掌握航天员中期驻留、再生式生命保障以及货运飞船补给等空间站关键技术,来开展一定规模的空间站应用。2018年前后会发射试验性核心舱。

“东风飞行正常,遥测信号正常”“东风抛整流罩,东风二级主机关机”……这一系列熟悉的口令,不是从电视机里传出,而是出现在昨天海淀区首届中秋文化科技体验节活动现场。北青报记者看到,小朋友坐在模仿神州飞船的“返回舱”里,头上戴着VR眼镜,可以360°观看宇宙飞船舱内以及舱外星空的画面,以宇航员的视角体验飞船起飞。同时,座椅与画面同步震动,耳边不时传出来自“地面指挥中心”的指令……这一系列高科技的应用,让参与者真实体验了一次登月过程。

据新华社供本报特电美国私营太空飞行企业金钉公司12月6日宣布一项太空计划,打算2020年前实现首次载人登月。40年前的12月7日,最后一次载人登月的“阿波罗17号”飞船发射升空。

好吧,事实证明人类可能会回到那里,而且是很快。美国总统特朗普坚持恢复载人月球任务,尽管它不符合公众或科学界对太空计划的要求(没有人确切地知道他的决心来自哪里,但似乎看不出有什么实质意义的东西,更像是突发奇想)。

总的来说,我们总觉得美国停止登月,总有天大的秘密,但很有可能,原因就是那么简单。

图为美国民众观看登月画面。从月球起飞后,登月舱将和指令舱对接,远处的地球正在升起。

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