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奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

2019-04-05  半梦书斋


奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

图片1:МГ-19核动力空天飞机的外形及结构,可以看到的注释有:定向系统发动机装置(ДУ системы ориентации);机械臂(Манипулатор);载荷舱室舱门(Створка грузового отсека);有效载荷(宇宙牵引飞船)(Полезная нагрузка--космический буксир);氢罐(Водородный бак);隔热壁板(Теплозащитные панели);机动系统燃料罐(Баки системы маневрирования);核火箭发动机(ЯРД);机动系统发动机装置(ДУ системы маневрирования);带有防护的反应堆(Реактор с защитой);结构部件(Элементы конструкции)。

1976年2月17日,苏共中央委员会及苏联部长会议通过了第132-51号决议,决定建立多次使用航天系统,它包含有助推级(火箭)、轨道飞机、轨道间飞船、控制系统成套设备、发射—降落设备,拥有维修—恢复综合体及其它地面设施作为配套,能够将质量达到30吨的有效载荷送入高度200公里的东北轨道并携带质量达到20吨的有效载荷返回地面.....简而言之,这就是苏联航天飞机项目以文件形式确定下来的最早的源头......

而如今40年已经过去,(俄罗斯)不少人仍在为“暴风雪”号航天飞机的利弊进行着激烈争论,他们中的大多数都倾向或者认为,那个在1988年已成为现实的方案即是最完美的方案,除此之外再无其它。然而他们却不曾知晓,在遥远的当年其实还存在着另一个更加大胆、更具颠覆性的前瞻方案,它甚至曾有那么点可能大大改变世界航天技术的发展和地球历史的走向——这就是米亚西舍夫这位奇才的最终幻想——МГ-19核动力空天飞机。

奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

图片2:晚年的米亚西舍夫与桌面上展示的МГ-19核动力空天飞机模型。

1966年,历经曲折的米亚西舍夫重建了自己的独立设计局(当然规模比之先前要小不少),他的主要工作也是研究附面层控制系统之类的事。不过,这位设计师很快就恢复了“迅猛”的姿态,提出了一系列短距起飞飞机、垂直起飞飞机、针对高空气球的飞机—截击机等方案,到后来还参加了新型战略轰炸机的竞标。

1974年,米亚西舍夫在“冷”-2综合项目(Холод-2项目,旨在研究“冷”氢化燃料和空天飞机)的范围内开始着手空天飞机的方案研究(方案代号19),但他很清楚,这将是一项长期的工作,特别是当时的空天飞机还存在着先天性不足——总效率低于运载火箭,而这一问题必须要通过材料学上的革命性突破才能得到解决。当然,米亚西舍夫之后在О.В.古尔科【О.В. Гурко,领导着第50中央科学研究所(即航天军主要研究所)的研究组】那里找到了通向未来的出口——即使用核反应堆发动机作为空天飞机的推进装置,空天飞机也因此被命名为МГ-19,М代表米亚西舍夫,Г代表古尔科。

奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

图片3:МГ-19核动力空天飞机总体结构详解,按照序号依次为:1.机组舱;2.定向系统发动机;3.机械臂;4.载荷隔舱舱门;5.有效载荷;6.(液)氢罐;7.隔热壁板;8.定向发动机燃料储备(罐);9.起落架;10.轨道机动系统燃料罐;11.核火箭发动机喷口;12.轨道机动发动机;13.带有防护的核反应堆;14.核—涡轮冲压发动机;15.结构部件;16.居住舱。

米亚西舍夫对于МГ-19的总体设计和构想是:

在起飞段和初始加速段,500吨级的空天飞机作为一架带有闭路循环发动机的核动力飞机运作,并以(液)氢作为反应堆的载热剂向10台涡喷发动机(每台推力25吨)进行传热。之后随着速度和高度的增加,(液)氢开始被输送至涡喷发动机的加力燃烧室,再之后被输送至冲压发动机。到最后,在50公里的高度上,在达到16马赫以上的飞行速度时,启动推力320吨的核火箭发动机,携带着40吨的有效载荷前往高度185公里的环形工作轨道。(也就是说,МГ-19是核动力飞机和核动力火箭的结合体。)

空天飞机由轨道降下时,可再次切换为核动力飞机模式,以便直接返回基地或是根据任务需要进行大气层内机动,而在有必要时,它也能够采取“反复”模式——在大气层内进行机动,而后再度借助核火箭发动机飞入太空轨道(换言之,气动性能优越,具备极大的军事价值)。

在减少有效载荷的条件下,空天飞机能够到达近地轨道的任意一处,或是到达近月轨道。

空天飞机使用液氢作为反应堆载热剂和核火箭发动机工质也兼顾解决了另一个问题——安全性:由于液氢在反应堆中不会被放射性化,因此放射性污染便不会发生。

为了避免空天飞机事故坠落污染地面,带有环绕保护装置的反应堆壳体能够经受各种挤压碰撞,并在300米/每秒速度条件下与地面撞击不丧失密封性(这已大大超出了任何事故条件下任意高度下坠而来碎块的速度)。

奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

图片4、5:МГ-19核动力空天飞机的反应堆、核火箭发动机及10台核—涡喷发动机布局示意图。

奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

图片6:МГ-19核动力空天飞机反应堆、核火箭发动机及核—涡喷发动机布局详解:1.涡轮冲压发动机(ТРДП);2.氢涡轮机(Водородная турбина);3.氢压缩机(Водородный компрессор);4.核反应堆(Ядерный реактор);5.从罐体而来的(液)氢(Жидкий водород);6.超高音速喷口(Гиперзвуковое сопло);7.加力燃烧室(Форсажная камера);8.超高音速冲压发动机涵道(Контур ГПВРД);9.涡轮(Турбина);10.换热器(Теплообменник);11.压缩机(Компрессор);12.进气道(Воздухозаборник)。

假如一切顺利的话,按照米亚西舍夫的规划和进度,这项70年代中期已开始的研究,在80年代初级就应能够初见端倪——具备制造核动力发动机飞行试验平台和试验性超音速运载器的可能。而在80年代末,空天飞机的量产样机就应已经升空【在1974年对于米亚西舍夫空天飞机研究方案的讨论中,院士А.П.亚历山大罗夫(А.П.Александров,苏联著名物理学家,从50年代起就开始探索和主持核能发动机及其飞行器的研究,1976-1986年任苏联科学院院长)就曾说过,符合空天飞机项目要求的核动力发动机量产样机能够在10年内制造出来】。而再之后批量生产出的10架空天飞机就已经能够满足苏联数十年的地面—轨道货物运输需要,直至21世纪中期为止。

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图片7:米亚西舍夫对于500吨级МГ-19(19-3)的研制进度规划:最上方的深色横线标明1980年制造出技术模型,1982年制订出技术文件;中间浅色横线标明1981年至1988年进行数据统计处理,并从1986年起陆续制造1-3号飞机样机;下方深色横线标明1982年至1986年进行试验台工作,并从1986年起陆续进行1-3号飞机样机的飞行试验。

然而当时苏联的高层却另有想法和打算,尽管米亚西舍夫的革命性方案具有技术可行性,甚至有不小的吸引力,但它却同时要求完成四个方面的技术任务,还需要将它们整合在一起。为了制造МГ-19空天飞机,必须要研制出核动力超音速飞机、研制出低温推进剂基础上的超高音速飞机、航空—航天运载器以及核火箭发动机,除此之外还需要有统一的复合结构。而“暴风雪”号方案(就是我们今天看到的那个)只需要解决其中一个任务即可取得成果。“一切从实用性出发”,这或许从一开始就已经决定了МГ-19空天飞机方案的结局......

奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

图片8:МГ-19核动力空天飞机的数据一览:

1.基本描述——设计:米亚西舍夫设计局;名称:М-19;状况:1974-1980年项目;类型:航空—航天飞机;机组人数:3-7人。

2.几何及质量特征——长(除去尾部整流罩):69米;翼展:50米;高:15.2米;支承系统面积:1000平方米l;货舱(注,货舱长度数据及其单位似有错误,按容积反推回来后应为20米,但这里暂且保留俄语原文数据):长度15.2米、宽4米、高4米、容积320立方米;纵向轴距:41.2米;起落架轮距:20米;起飞重量:500吨;可输出载荷重量:最大40吨;结构重量:125吨;燃料(液氢)重量:220吨。

3.动力装置——发动机数量:10;发动机类型:组合式喷气发动机装置(加力燃烧室式内外涵涡轮喷气发动机+高超声速冲压式空气喷气发动机)外加液体火箭发动机(核火箭发动机);喷气发动机装置推力:10X25000千克力;核火箭发动机推力:1X320000千克力。

4.飞行技术特征——基准轨道高度:185公里;由轨道降下时的横向(机动)距离:4500公里;起飞滑跑距离:2000米;着陆滑跑距离:3750米;要求的起飞着陆跑道距离:4000米。

1978年,米亚西舍夫病逝于莫斯科,МГ-19空天飞机项目失去了“主心骨”,并在缓慢继续了两年之后于1980年终止。而苏联的核火箭发动机研究,也在90年代解体后的经济混乱和对于原子能利用的诋毁中最终夭折(即使研制出了РД-0410这样的核火箭发动机也无力回天)。奇才的最终幻想尚未来得及进入人们的视野,便已成为历史中久远的过去。

奇才的最终幻想:米亚西舍夫的МГ-19核动力空天飞机

图片9:МГ-19核动力空天飞机的结构模拟图。

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