高边疆之谋·52|俄火箭发展:新火箭不给力,老火箭苦支撑

【编者按】

11月25日,俄罗斯成功发射下一代导弹预警卫星的第五颗卫星,进一步提升导弹预警能力。这是俄继反卫星试验后提升军事航天能力的一个最新动作。

上个月中旬,俄罗斯国防部长绍伊古确认俄罗斯已成功测试反卫星武器。绍伊古强调本次测试中产生的卫星碎片绝不会对人类太空活动构成威胁。美英等西方国家则对于此次俄罗斯反卫星试验反应强烈。美国国防部称,“俄罗斯正在开发的反卫星武器或对美国和其他太空大国构成威胁。”

进入新世纪后,俄罗斯经济开始恢复和加速发展,加上有“政治强人”普京的领导,一度陷入深度衰弱的俄罗斯军事航天开始重振旗鼓,组建空天军、持续发射新军用卫星、研制反卫星武器……从军队编制、装备、航天工业等层面,多管齐下提升军事航天能力。《高边疆之谋》专题本期走进俄罗斯军事航天,通过系列文章尝试解析重振旗鼓的俄罗斯军事航天。

12月13日,俄罗斯“质子”-M运载火箭在拜科努尔发射场成功发射了俄罗斯卫星通信公司(RSCC)的两颗“快讯”系列通信卫星。

这是“质子”系列火箭今年的第二次发射,此前在7月21日将国际空间站的“科学”号舱段送入太空。

过去10年,“质子”系列火箭共发射了75次,年均发射次数7.5次,但近几年,受美国SpaceX公司大幅降低发射价格、自身可靠性等因素的影响,“质子”系列火箭发射次数减少至2.8次。

其实,这也反映了俄罗斯当下火箭发展的一个尴尬之处:新型火箭不给力,“安加拉”系列火箭迟迟无法正式上岗,只能靠“联盟”系列、“质子”-M等老火箭继续支撑。

发射升空的“质子”-M火箭。

老火箭遇到新问题

“质子”运载火箭是苏联/俄罗斯研制的一种大型运载火箭,最大运载能力约23吨,基本型在1965年7月16日首飞,至今已经服役了近56年,进行了400余次发射,包括执行苏联/俄罗斯多个空间站、探月等发射任务,可谓劳苦功高。

“质子”-M运载火箭是“质子”系列运载火箭的最新改进型,增加了“微风”-M上面级,不但可以满足俄罗斯的发射需求,还为国际用户提供商业发射服务。在美国SpaceX公司“猎鹰”9火箭成熟之前,其国际商业发射市场具有很强的竞争力,其商业发射任务占到了国际市场总任务量的近70%。

但近四年,14次发射,只进行了4次外国载荷发射,不仅发射次数大幅减少,而且国外载荷比例也大幅下降,主要原因是国际发射市场竞争愈发激烈,美国、印度、日本竞相开展新型号火箭的研制,尤其是SpaceX公司这条“鲇鱼”带来的冲击最大。此消彼长之下,“质子”-M火箭的发射竞争力逐渐下降。

SpaceX公司的“猎鹰”9火箭通过火箭芯一级、整流罩的可重复使用,火箭发射成本已经低至5000万美元左右,而在该火箭成熟之前,同类型火箭报价动辄上亿美元。

“其实,‘猎鹰’9火箭使用可重复使用技术具体对降低成本贡献多少,SpaceX公司没有透露具体的信息,但SpaceX公司给国际商业发射市场带来的‘鲇鱼效应’是实实在在的,这样也倒逼竞争对手降低发射成本。” 国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn)。

2019年3月25日,俄罗斯航天国家集团总经理罗戈津称,“质子-”M火箭的发射费用将降至同“猎鹰”9火箭相当的水平,已采取措施来压缩地基航天基础设施中心的某些支出,节省发射准备费用,从而降低“质子”-M火箭的发射成本。罗戈津说:“我们将恢复‘质子’-M火箭同‘猎鹰’的竞争力。”

“质子”-M火箭发射失败。

杨宇光指出,在国际商业市场,卫星运营商在选择发射服务提供商时除了会考虑发射成本,还有政治方面的影响以及发射成功率,比如某颗卫星用了美国的零部件,那发射可能就受到限制,而选择“猎鹰”9火箭就不存在这方面的问题。

俄罗斯的“质子”号火箭在2015年之前频繁发射事故,成功率相对低一些,即使近年来发射价格有所降低,但依然很难获得国际订单。

自2001年起,哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场已进行了“质子”-M火箭的112次发射,其中11次失败。此外,由于“质子”-M火箭使用的燃料含有毒物质,根据哈萨克斯坦的要求,“质子”-M火箭将在2025年退役,由 “安加拉”-A5大型运载火箭取代。

除了“质子”-M火箭,另一款老骥伏枥的老火箭是“联盟”系列火箭。“联盟”1966年11月28日进行了首次发射,由于“联盟”由R-7洲际导弹衍生而来,其历史可以追溯到上世纪50年代。 “联盟”火箭是世界上历史最久、发射次数最多的多用途运载火箭。

“苏联解体后,俄罗斯航天工业在管理体制、航天工业基础设施严重老化、人才等方面都存在比较大的问题,在高强密度发射的背景下各种问题就会暴露,比如项目频繁拖延,发射成功率不高等。”杨宇光认为。

“猎鹰”9火箭通过火箭芯一级、整流罩的可重复使用,大幅降低发射成本。

不给力的“安加拉”火箭

去年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。

“这是该型火箭的第二次发射,而首次发射在2014年进行,并且首飞获得了成功,但两次飞行间隔时间如此之长,这在世界火箭发展史上也是罕见的,由于没有定型,导致‘安加拉’系列火箭迟迟无法正式上岗。”杨宇光表示。

“安加拉”火箭是苏联解体后俄罗斯研制的第一款新型火箭,火箭从1994年开始研制,计划用其替代商业发射主力——“质子”-M火箭以及部分“联盟”系列火箭。

杨宇光介绍说,“安加拉”火箭是一个火箭家族,采用通用化和系列化设计。

“安加拉”系列火箭不仅能从本国发射目前俄现有的大部分航天器,降低对哈萨克斯坦拜科努尔发射场的依赖,而且采用无毒的推进剂,符合世界火箭发展潮流,因此俄航天部门对其寄予厚望,投资超过上千亿卢布。

但“安加拉”火箭从研发到试射可谓一波三折,首次试射原定于2000年,但随后因各种原因多次推迟,直到2014年才进行首飞。2014年7月,“安加拉”-1.2火箭发射成功,运载能力更大的“安加拉”-A5在2014年12月24日首飞成功。

根据俄方公布的信息,“安加拉”系列火箭的主动力是RD-191液氧煤油发动机,最大推力192吨,采用模块化设计,根据不同的模块组合方案,“安加拉”系列火箭分为小型的“安加拉”-1.2、中型“安加拉”-A3、大型“安加拉”-A5,近地轨道运载能力可覆盖3.8~25吨。

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苏联解体后,俄罗斯自主研制的最大运力火箭是“安加拉”-A5,但研制计划进展并不顺利。

“虽然‘安加拉’-A5两次试射都取得了成功,但还需要试射几次才能定型,因为样本太少了。”杨宇光指出。

罗戈津曾在2020年称,2021年俄罗斯计划进行两次‘安加拉’火箭发射,一次为轻型火箭的‘安加拉’-1.2,另一次为大型的‘安加拉’-A5,但目前来看,发射计划已经推迟,这无疑将导致项目进一步拖延。

“对比其他国家的新型火箭发展,‘安加拉’火箭可以说是起了个大早,但赶了个晚集,”杨宇光向澎湃新闻表示,“这是资金、技术、人才和国际制裁多方面因素叠加的结果,不只是火箭,其他航天项目也深受这些因素影响。”

除了“安加拉”系列火箭,俄罗斯还正研制“联盟”-5新型火箭。2015年8月,俄“进步”火箭航天中心向外界宣布启动“联盟-5”火箭研制项目。按计划,该火箭的组装和发射调试工作将在2020年至2021年实施,2022年至2025年进行数次试射。

罗戈津在2020年6月向外界介绍说,俄正在研制的“联盟-5”号火箭将分为载人和发射商业有效载荷的两种型号。“一种型号用于搭载新型的载人飞船,另一种则简化和降低成本用于发射商业有效载荷。”

据悉,“联盟-5”是两级运载火箭,其箭体最大直径为4.1米,发射重量约为530吨,其所用燃料及氧化剂分别为煤油和液氧,将用于发射俄正在研制的“联邦”载人飞船和商业卫星。由于发射飞船和卫星时运载火箭的配置不同,因此“飞船”版和“卫星”版“联盟-5”火箭的总长度分别为65.9米和61.7米,最大运载能力约15吨。

根据规划,预计2022年将使用“联盟5”号火箭进行首次载人发射,2023年使用该型火箭将新型“联邦”号飞船送入太空。

据俄航天集团介绍,一枚“联盟-5”火箭的发射费用预计为6000万美元左右,俄方准备每年发射6枚该型号火箭,希望其在中型运载火箭国际发射市场上占据18%的份额。

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“联盟”-2.1b火箭。

重型火箭项目停止或影响载人登月计划

重型运载火箭是航天强国的标志之一,并且仅有少数航天强国正在研制这种类型的火箭,目前,这个赛道上,只有中美俄是实力派选手,但俄罗斯今年宣布“退赛”。

据俄新社此前报道,俄罗斯能源火箭与航天集团进步国家设计中心的主管巴拉诺夫今年9月表示,俄罗斯已停止了“叶尼塞”重型火箭的技术设计工作。

为实现载人登陆月球等深空探测任务,俄罗斯国家航天集团公司于2016年启动重型火箭的相关论证工作,2018年1月,俄总统普京签署总统令,批准开始研制重型火箭。2019年1月,罗戈津正式将重型火箭命名为“叶尼塞”重型火箭。

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“叶尼塞”重型火箭设想图。

根据俄罗斯相关规划文件显示,“叶尼塞”重型火箭基本型的近地轨道能力应至少为80吨,后续型号可提升至100吨,极月轨道运输能力至少为20吨;可将俄“雄鹰”号下一代载人飞船送入月球轨道。

“冷战时期,苏联研制了N-1和‘能源’号重型火箭,为航天飞机研制的‘能源’号成功进行了两次发射,因此,俄罗斯研制新型重型火箭是有技术基础和经验的,只要经费足够,‘叶尼塞’火箭在2030年之前让俄罗斯圆载人登月梦不成问题。” 航天专家黄志澄此前接受澎湃新闻采访时表示。

因此,“叶尼塞”火箭研制可以说万事俱备只欠东风,然而这个“东风”——钱迟迟不来。在“叶尼塞”完成初始设计即将进入真正实施阶段之前,“叶尼塞”重型火箭接连遭遇经费与技术难题,导致从2019年10月之后,一直处于纸面阶段,并没有什么实质性的重大进展。

根据俄媒报道,重型火箭的研制费用从最初提出的2.5万亿卢布(约合人民币2161亿)减至1.2万亿卢布,再到7400亿卢布。但即便如此,该计划还是遭到俄罗斯政府的强烈反对,认为其造价高、经济拉动效果不明显,导致最终研制“叶尼塞”的联邦计划一直没有被批准。

其实,俄罗斯已经开始考虑在没有“叶尼塞”重型火箭的情况下实施载人登月。据俄罗斯塔斯社2021年2月报道,俄能源火箭与航天集团开始探讨利用4枚“安加拉”-A5火箭实现载人登月任务的可能性,即发射4枚“安加拉”-A5V火箭,将载人飞船、月球着陆系统及空间拖船分别送入轨道,随后进行在轨对接后实施登月。

军事科学院军事科学信息研究中心研究人员廖小刚认为,“安加拉”-A5V火箭方案涉及多次轨道对接,风险较大,而且后续在月球建立基地也需要“叶尼塞”这样的重型火箭,因此,该型火箭的停止研制或将影响俄罗斯2030年载人登月目标的实现。

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料友:老资料网友516 2021-12-18 18:08
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