質(zhì)子：蘇聯(lián)留給俄羅斯運(yùn)力最強(qiáng)的火箭

□ 小火箭

質(zhì)子：蘇聯(lián)留給俄羅斯運(yùn)力最強(qiáng)的火箭

□ 小火箭

質(zhì)子火箭的雕像在目送質(zhì)子火箭升空

提起蘇聯(lián)的火箭，人們或許會立刻想到屬于R-7火箭系列的聯(lián)盟火箭，或者是蘇聯(lián)屢敗屢戰(zhàn)的帶有濃厚傳奇色彩的N-1重型運(yùn)載火箭，亦或是用來運(yùn)載暴風(fēng)雪號航天飛機(jī)的“能源”號火箭。

但是，冷戰(zhàn)后期，蘇聯(lián)放棄了能夠?qū)?00噸載荷送入近地軌道的“能源”號火箭。解體后的蘇聯(lián)，留給新生的俄羅斯的能力最強(qiáng)的火箭，不是R-7系列的聯(lián)盟，也不是“能源”號，而是一開始并沒有被當(dāng)做運(yùn)載火箭來研發(fā)，但卻在蘇聯(lián)解體后頑強(qiáng)地存活下來，并成為建設(shè)國際空間站的中堅(jiān)力量的“質(zhì)子”火箭。

“質(zhì)子”火箭以20.7噸的近地軌道運(yùn)載能力超過了“聯(lián)盟”火箭（6.45噸），成為了蘇聯(lián)留給俄羅斯的運(yùn)載能力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭。

切洛梅的大計(jì)劃

說起“質(zhì)子”火箭，那就不得不先說一下它的設(shè)計(jì)者弗拉基米爾·尼古拉耶維奇·切洛梅博士了。

質(zhì)子號火箭設(shè)計(jì)師切洛梅博士

1958年，切洛梅向蘇聯(lián)最高領(lǐng)導(dǎo)部門提出了一個大計(jì)劃：研制一系列導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭，其中，該系列的導(dǎo)彈具有12000千米的射程，是名副其實(shí)的洲際彈道導(dǎo)彈，而同系列的運(yùn)載火箭擁有和上述彈道導(dǎo)彈通用的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒕薮蟮能娪每臻g站送上太空，還能夠把探測器甚至是航天員送上月球、火星、金星。

其實(shí)看上圖老爺子胸前戴的5枚獎?wù)?，就能夠知道他并非等閑之輩了。左數(shù)第1枚和第2枚是蘇聯(lián)國家獎?wù)拢。ㄌK聯(lián)最高榮譽(yù)體系之一）左數(shù)第3枚是列寧獎?wù)拢。ㄌK聯(lián)最高榮譽(yù)體系之一，獎給科學(xué)、文學(xué)、藝術(shù)、建筑和技術(shù)方面的人才。）而切洛梅右胸佩戴的2枚獎?wù)戮透f一下了。這是傳說中的社會主義勞動英雄獎?wù)?！專門頒發(fā)給為蘇聯(lián)做過重大貢獻(xiàn)的人。

切洛梅老爺子得了2枚社會主義勞動英雄獎?wù)?。按?guī)定，得了2枚這種獎?wù)碌娜?，國家會專門在他的出生地豎立銅像或紀(jì)念碑來表彰。怎么樣，夠霸氣了吧。

切洛梅博士，1914年生于沙皇俄國時代的謝德爾采（如今該地屬于波蘭）。在一戰(zhàn)戰(zhàn)火中顛沛流離的童年和充滿饑餓與不安的少年時代過去后，18歲的切洛梅考入基輔理工學(xué)院（基輔航空學(xué)院的前身）。在這里，他展現(xiàn)了數(shù)學(xué)和力學(xué)方面的天賦。大學(xué)一畢業(yè)，他就出版了他的第一部專著《向量分析》。二戰(zhàn)時期，他研制了蘇聯(lián)第一臺脈動沖壓發(fā)動機(jī)（獨(dú)立于德國與法國的研究）。

1951年，37歲的切洛梅完成答辯，被莫斯科國立鮑曼技術(shù)大學(xué)授予博士學(xué)位（科羅廖夫、蘇霍伊、茹科夫斯基、圖波列夫都是在這里畢業(yè)的）。4年后，切洛梅成為了以他名字命名的切洛梅設(shè)計(jì)局的首席設(shè)計(jì)師。

1958年，切洛梅提出了洲際彈道導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)方案，成為了蘇聯(lián)最早提出多級洲際彈道導(dǎo)彈方案的人。

切洛梅博士提出的УР-500導(dǎo)彈（火箭）

這里要對УР這個型號名稱解釋一番。僅僅從這個名字其實(shí)就可以看出切洛梅的理想了。УР是俄 語 универсальная ракета 的 縮 寫。 其 中，универсальная是萬能的、通用的意思。而 ракета是火箭和導(dǎo)彈的意思。是的，在俄語中， 火箭和導(dǎo)彈是同一個詞，都是ракета，也就沒有咱們非得分清楚火箭和導(dǎo)彈的那種糾結(jié)了。本來就是同一類飛行器嘛。

切洛梅的理想在這個型號的名稱中顯露無疑：通用的、萬能的導(dǎo)彈（火箭），近可當(dāng)洲際彈道導(dǎo)彈用，中可發(fā)射近地軌道衛(wèi)星，遠(yuǎn)可進(jìn)行深空探測。

質(zhì)子的倔強(qiáng)

1965年，被蘇聯(lián)軍方拋棄的УР-500導(dǎo)彈爭取到了證明自己的機(jī)會。它矗立在拜科努爾發(fā)射基地。

從1965年7月16日開始，切洛梅的火箭發(fā)射了一系列名為“質(zhì)子”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星?！百|(zhì)子”衛(wèi)星是人類較早地能夠在太空中對高能粒子、夸克等物質(zhì)進(jìn)行研究的衛(wèi)星。

為什么切洛梅的火箭能夠爭取到這樣的發(fā)射任務(wù)呢？

因?yàn)椤百|(zhì)子”衛(wèi)星重17噸，是衛(wèi)星中的龐然大物?？屏_廖夫的R-7火箭最多只能運(yùn)載6.45噸的載荷。在當(dāng)時，這個系列的衛(wèi)星，也就只有切洛梅的火箭可以發(fā)射了。

也就從這個時候開始，切洛梅開始淡化УР-500導(dǎo)彈這個名稱，而改用“質(zhì)子”火箭來稱呼他的巔峰之作。（為了紀(jì)念他爭取到了發(fā)射“質(zhì)子”衛(wèi)星的任務(wù)而保住了УР-500項(xiàng)目的不易。）

但是，“質(zhì)子”火箭的發(fā)展依然不順。按照蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，火箭的發(fā)射成功率要在90%以上才能夠正式被列入國家型號。但是，從1965年到1972年，質(zhì)子火箭事故頻頻，直到1977年，質(zhì)子火箭才終于勉強(qiáng)通過了正式驗(yàn)收。

“質(zhì)子”火箭和“質(zhì)子”-K火箭示意圖

但是，切洛梅博士并未有一刻停止他的研究。

1967年3月10日，帶有上面級的3級運(yùn)載火箭——“質(zhì)子”-K火箭迎來了它的首次發(fā)射。面臨種種困難，“質(zhì)子”系列火箭不僅沒有退縮，還在逐步添丁。在4枚火箭示意圖中，最左側(cè)是“質(zhì)子”火箭基本型（共2級），其他3枚為“質(zhì)子”-K。

躺在廠房中的“質(zhì)子”火箭第一級和第二級

這是正在莫斯科進(jìn)行總裝的“質(zhì)子”系列火箭。我們能夠看到連在一起的第一級與第二級，這兩級共同構(gòu)成了“質(zhì)子”系列火箭的基礎(chǔ)級。

擁有6臺一級發(fā)動機(jī)的“質(zhì)子”火箭

幾乎毋庸置疑的是，“質(zhì)子”火箭最容易被辨識出來的外形特征就是她的6臺一級發(fā)動機(jī)呈正六邊形的布局方式了。

“質(zhì)子”系列火箭的第一級擁有6臺RD-253常溫燃料液體火箭發(fā)動機(jī)，燃燒室壓力14.7MPa。

RD-253常溫燃料液體火箭發(fā)動機(jī)

RD-253發(fā)動機(jī)干重1.08噸，噴管直徑1.5米，噴管擴(kuò)張比為26.2。蘇聯(lián)人對發(fā)動機(jī)噴管的設(shè)計(jì)頗具美學(xué)造詣。

RD-253常溫燃料液體火箭發(fā)動機(jī)

6臺RD-253為“質(zhì)子”火箭的基礎(chǔ)級提供了10470千牛的推力，讓“質(zhì)子”火箭擁有了強(qiáng)大的運(yùn)載能力。

值得注意的是，“質(zhì)子”火箭的第一級的一周鼓起來的部分并不是助推器，而是推進(jìn)劑的貯箱。這些貯箱是與火箭“芯級”連在一起的。

也就是說：“質(zhì)子”火箭看起來像是捆了6臺助推器，而實(shí)際上它1臺助推器都沒有。

火箭第一級外側(cè)環(huán)向布置了6個推進(jìn)劑貯箱，但它們并非助推器，即在發(fā)射后并不與箭體分離。

那“質(zhì)子”火箭的第一級長成這個樣子，里面到底是怎樣的結(jié)構(gòu)呢？

哈，原來是這個樣子的。6臺RD-253發(fā)動機(jī)實(shí)際上是安裝在“質(zhì)子”火箭第一級的推進(jìn)劑貯箱下方的。

6個長得像助推器的大鼓包里面，并沒有其他管路和發(fā)動機(jī)，而僅僅是安置了一個偏二甲肼（UDMH）貯箱（上圖的大紅色部分為偏二甲肼）。質(zhì)子火箭的第一級的核心部位則是一個巨大的四氧化二氮貯箱（上圖的橙紅色部分）。

這是在莫斯科的“質(zhì)子”火箭總裝廠房內(nèi)等待進(jìn)行裝配的6臺RD-253液體火箭發(fā)動機(jī)。看，它們已經(jīng)與偏二甲肼貯箱連為一體，之后就要與“質(zhì)子”火箭的一級箭體進(jìn)行固連了。注意噴管上方紅色的四氧化二氮輸送管線。

裝配好的“質(zhì)子”火箭第一級

6個帶有RD-253發(fā)動機(jī)的偏二甲肼貯箱與箭體連接好之后，就構(gòu)成了“質(zhì)子”火箭的第一級。強(qiáng)調(diào)一下，“質(zhì)子”火箭的偏二甲肼貯箱與箭體是固連的，因此，它沒有像“聯(lián)盟”火箭那樣助推器分離的場景，而是以上圖中那樣的囫圇個兒的第一級火箭進(jìn)行分離。

另外注意，“質(zhì)子”火箭的第一級通過桁架結(jié)構(gòu)與上面的部分進(jìn)行連接。這基本上是蘇聯(lián)血統(tǒng)的火箭或某些國家的火箭的標(biāo)準(zhǔn)了。

“質(zhì)子”火箭的第一級長21.2米，外接圓直徑7.4米。

而加注滿偏二甲肼和四氧化二氮燃料之后，“質(zhì)子”火箭的第一級的總重會達(dá)到450.51噸。看到這里，大家應(yīng)該就已經(jīng)明白為什么“質(zhì)子”火箭比“聯(lián)盟”火箭的運(yùn)載能力大那么多了吧。

“質(zhì)子”火箭的第一級就已經(jīng)比目前在役的分量最重的“聯(lián)盟”火箭（重308噸）沉100多噸了。

值得注意的是，“質(zhì)子”火箭的第一級空重31.1噸，總重450.51噸，也就是說，“質(zhì)子”火箭第一級的燃料占第一級總重的比為93.1%。即使是在今天，這個指標(biāo)在導(dǎo)彈或者火箭總體設(shè)計(jì)中，也是個非常了不起的成就。切洛梅博士在力學(xué)上的造詣的確值得我們給他點(diǎn)個贊。

“質(zhì)子”系列運(yùn)載火箭總發(fā)射次數(shù)335次，其中成功294次。

右圖是“質(zhì)子”火箭第一級的發(fā)動機(jī)細(xì)節(jié)。噴管外面的管路是用來輸送偏二甲肼的。這些偏二甲肼通過噴管的中空夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)入RD-253發(fā)動機(jī)的燃燒室，與四氧化二氮進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生推動火箭拔地而起的力量。外側(cè)是RD-253發(fā)動機(jī)的渦輪泵。

“質(zhì)子”火箭的第一級能夠用31.1噸的空重產(chǎn)生10470千米的推力，說明它在減重方面下足了功夫。該發(fā)動機(jī)的預(yù)燃、燃燒室的推進(jìn)劑泵和氧化劑泵等等全部是用同一根軸驅(qū)動的。

“質(zhì)子”火箭的第一級總體設(shè)計(jì)在眾多運(yùn)載火箭中可謂獨(dú)一無二。RD-253發(fā)動機(jī)采用富氧分級燃燒的循環(huán)方式，因此其噴口附近非常簡潔明快，沒有燃?xì)獍l(fā)生器的廢氣排放管。另外，注意看“質(zhì)子”火箭第一級的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，它為了減小底部阻力而設(shè)計(jì)了收斂段。

“質(zhì)子”火箭的第二級長14米，直徑4.15米，采用了4臺RD-0210發(fā)動機(jī)。注意噴管內(nèi)壁閃閃發(fā)亮的耐高溫銅合金。

透過桁架結(jié)構(gòu)，可以看到“質(zhì)子”火箭第二級的發(fā)動機(jī)噴口噢?！?/p>

火箭第一級細(xì)節(jié)圖