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壮志难酬—暴风雪号航天飞机

2012-04-13  皖林

壮志难酬—暴风雪号航天飞机



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  哈萨克斯坦拜科努尔航天中心展出的暴风雪号航天飞机模型

  资料来源:网络

  由于官方资料较少,前苏联研制的暴风雪号航天飞机一直以来颇有神秘色彩。作为冷战时代美苏争霸的产物,暴风雪号凝聚的是最先进的技术,在很多方面还优于美国的航天飞机,却可以称得上是命途多舛昙花一现,最终不仅没有能与美国的对手比肩,更是几乎遭到了遗弃。本文的写作亦是颇不顺利,只能力求全面,试图从零零碎碎的信息中抓出线索,籍此一窥当年这项野心勃勃的计划的来龙去脉,也算是回顾一下那段几近尘封的历史。



  计划出笼

  早在太空时代之前,就有人讨论过建造可重复使用的飞机形航天器了。如俄国的齐奥尔科夫斯基就考虑过将飞机送入大气层以外的可能性。前苏联的航天功臣科罗廖夫很早就将RP-318滑翔机安装上火箭引擎做试验。20世纪60年代,米高扬设计局设计了一种可重复使用的小型飞船螺旋(Spiral)号,它由超音速飞机发射,发射后则由自备的捆绑火箭作动力源。

  70年代初,美国制定了研制航天飞机的计划,并将其列为载人航天的首要项目。美国人最初的目的是为了发展一种更经济的轨道运输工具以取代飞船和运载火箭,但前苏联当局则将这一新型航天器视为未来美国搭载核武器的工具,并于1976年决定发展类似的航天器作为对这种“威胁”的回应。苏联人将其取名为“暴风雪(Buran)”。当年米高扬设计局从事螺旋计划的部分技术人员,以及来自莫尔尼亚、米亚西舍夫等设计局的一些工程师也被调去从事暴风雪计划。暴风雪的主体由新成立的莫尔尼亚联合体全权负责研发。

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  与暴风雪一起研制的是重型运载火箭能源号(Energia)。它可以用来发射暴风雪号航天飞机,也可以单独作为运载火箭使用,这与美国航天飞机设计不同,主要是出自苏联没有开发大型固体火箭经验的考虑。这个设计是由能源联合体的负责人Valentin Glushko提出的。暴风雪号自身没有主推进引擎,只有两个小型引擎供调整轨道姿态用,起飞时它可以看作是能源号火箭的载荷。很多人认为,这一设计实际上要优于美国的航天飞机,因为如此做法将降低航天飞机的事故率,并可提高其搭载的有效载荷。但在暴风雪与能源火箭对接并运送到发射台的过程中,采用的是水平运输的方式,这显然没有美国的垂直运输来得方便。下图是暴风雪号(左)和美国航天飞机的后视图,其中红色代表主引擎,黄色代表轨道调节用引擎,蓝色部分是燃料贮存处。

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  最初的设计(有些还早暴风雪计划)有几种,分别由米高扬、米亚西舍夫、切诺梅等设计局提出,各方案差别非常大,其中包括改良螺旋号飞船,使其可以用质子火箭发射的方案。其中一种设计甚至没有机翼结构,这是为了使其更适合高速大迎角飞行;最后的着陆则通过降落伞调整。但最终苏联人还是采用了三角翼的设计。

  拜科努尔发射场为暴风雪号航天飞机和能源号火箭建造了3座发射台,但3号发射台从未使用过。

  暴风雪号的设计要求是可使用100次以上,能够将30吨有效载荷送入200千米高、倾角50.7度的地球轨道;标准机组成员4人,包括正副驾驶员各一,另有2名从事舱外活动和其他领域研究的宇航员。在暴风雪号航天飞机上要能够进行复杂的军事研究。抵抗敌对国家的军事活动也是暴风雪号的设计任务之一。同时研制暴风雪号的目的还有研究美国的航天技术以增强苏联的实力。
  

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  另外,安东诺夫设计局还为解决暴风雪号的运输问题专门设计了安-225“梦幻(Mryia)”大型运输机。安-225于1985年开始设计,1989年首次背负暴风雪号飞行,是目前已有的体积最大、载重能力最强的飞机,迄今只生产了2架。它的原形是安-124,但采用的是双垂直尾翼设计,运载能力比安-124提高了50%。

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  搭载暴风雪号航天飞机的安-225

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  地面测试

  最初,暴风雪承担的角色是航天武器和空间站(尤其是日后的和平号空间站)运输工具。航天飞机的建造工作在1980年开始,第一架全尺寸航天飞机模型完成于1984年。据信前苏联共建造了数架航天飞机,这是为了解决他们计算机模拟技术薄弱而作的。他们在不同的机身上安置了不同的电子设备,采用了不同的设计以作测试用。其中供太空飞行用的几架编号分别为OK-1K1、OK-2K1、OK-1K2、OK-2K2和OK-3K2(后两架似未完工),其他都是仅供地面试验的,有些机身还不是完整的。

  飞行测试始于1983年,但最开始只是用小型比例模型作试验。首架全尺寸模型在试飞24次后报废了;最后一次飞行测试是在1988年春。参加测试的模型多用“宇宙****”为编号。

  1985年,暴风雪号的机翼运抵拜科努尔。同年还进行了能源号火箭的第一次点火测试,但在点火后2.58秒,系统检测到引擎涡轮出了故障;随后的测试还发现了液氦泄露等问题。第二次测试是成功的,引擎运行了390秒。为保证有充足的冷却水做测试,附近的城市不得不停水10天。

  而暴风雪计划的弊病也逐渐暴露出来:几乎所有的研制进度都没有达到最初的要求。别的不论,单是暴风雪号的零件运输也成了大问题:人手不足,经验不够。苏联政府召集了大量工人前往拜科努尔,使这里为航天飞机准备的211设施工作人员从600人骤增到1800人。1986年5月,刚刚组装好的暴风雪号开始进行电子系统的测试。8-9月开始进行能源号火箭的发射试验。

  在暴风雪号真正上天之前,苏联共进行了140余次飞行试验,其中包括近70次自动着陆试验。

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  首飞成功

  真正的轨道飞行是在1988年11月5日,承担任务的是OK-1K1。格林尼治时间3点,OK-1K1由能源号火箭从拜科努尔发射场2号发射台发射升空,进入一条近地点247公里,远地点256公里的轨道。这是一次无人测试飞行,所以航天飞机的生命保障系统没有运转,其上也没有安装任何软件。由于计算机存储能力的限制,暴风雪号只环绕地球飞行了2圈,3小时25分钟后成功返回地面。有传言说这次飞行使OK-1K1遭受的损伤无法再恢复,OK-1K1也不能重返太空;但此说法未被官方证实。


  这次自动飞行的难度显然要比美国1981年哥伦比亚号航天飞机有人驾驶的首航大得多。暴风雪号配备有小型引擎,可以在一定程度上实现有动力返航,如果第一次着陆失败还可作二次飞行;它还可以通过机翼舵面调整飞行姿态,着陆时机动性也比美国的航天飞机强。

  从第一次飞行执行的任务看,这显然不是计划中唯一的一次无人飞行试验,因为这次飞行连最重要的生命保障系统都没有测试。自动飞行是很成功的,它顺利抵抗住了速度达每小时34千米的侧风,降落后机身中线与跑道中线距离只有5英尺。

  暴风雪号的成功首飞给各国带来了很大影响,人们期待着它能够早日作载人飞行。同年,前苏联发行了一枚以暴风雪号为主题的邮票。

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  壮志难酬

  1988年首飞后,用于暴风雪计划的资金濒临耗尽:仅仅是开发航天飞机系统本身就花费了13亿卢布之巨,整个项目的开销超过了200亿卢布。而前苏联当局也逐渐考虑起庞大的投资与发展航天飞机带来的益处之间的关系。暴风雪计划在某种意义上加速了苏联的瓦解;而苏联解体后,昔日的计划更是彻底失去了经济支持。1991年,苏联军方停止了对该计划的拨款支持。1993年,暴风雪航天飞机机身的设计者——莫尔尼亚联合体被迫承认,暴风雪计划就此结束。他们希望能够转向开发其他小型航天设备,但因资金不足,只能作罢。

  自1988年至今,暴风雪号航天飞机没有再进行过太空飞行,和平号空间站只能利用一次性飞船和美国航天飞机作为往返工具。按原计划,第二架航天飞机将于1991年首飞,第3架则是在1992年建造完成,而首次载人飞行将在1994-1995年间进行。但由于政治和经济原因,这一切都没有实现。所有航天飞机只能存放在库房中,任灰尘飞扬,仪器老化。而未完工的两架则已在90年代中期被拆解。

  2002年,暴风雪号航天飞机中可以飞行的一架连同能源号火箭一道,因拜科努尔的厂房坍塌而被摧毁。至此暴风雪计划在凄凉惨淡中彻底终结。



  暴风雪号航天飞机的基本资料

  最大质量:105吨
  有效载荷:30吨
  着陆质量:82-87吨
  机组成员:2-10人
  飞行时间:7-30日
  轨道倾角:50.7-110度
  轨道高度:250-1000千米
  着陆速度:312-360km/h
  长度:36.37米
  高度:16.35米
  翼展:23.92米
  机翼掠角:45度

  发射流程:
  倒计时30分:清理发射台
  倒计时11分:发射系统开始自检
  倒计时8秒:主引擎点火
  倒计时0秒:助推引擎点火,发射升空
  发射后150秒:助推火箭分离
  发射后480秒:推进火箭燃尽,落入太平洋
  发射后47分:暴风雪号进行42秒变轨机动,抵达高度250千米的轨道

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  拜科努尔航天中心当年转送暴风雪号航天飞机装置破败不堪

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