飞天“神助攻”——国外载人运载火箭一览

Sevenv55biecss 2020-11-14

展开全文

来源：中国载人航天

作者：钱航

编者按

1961年4月12日，人类实现首次太空载人飞行。苏联航天员尤里·加加林乘坐东方号火箭发射的东方号飞船进入太空并安全返回地面。从1961年至今的近60年里，已经有俄罗斯、美国和中国这三个国家迈入世界载人航天俱乐部，诞生了多款举世瞩目的载人火箭。

俄罗斯载人火箭

苏联/俄罗斯是第一个实现载人航天的国家，承担载人飞行任务的火箭包括已经退役的东方号、上升号和正在使用的联盟号。联盟号系列运载火箭迄今已经累计发射 1800 余次，也是世界上发射次数最多的运载火箭。冷战时期，苏联为抢占载人登月先机，开展了N-1火箭研制，但四次飞行均以失败告终，导致工程最终下马。20 世纪 80 年代根据重复使用运载器发展计划，完成了能源号载人运载火箭研制，并进行了 2 次无人飞行试验。随着苏联的解体，由于缺乏经费支持，“能源号 - 暴风雪”发展计划停止。近年来，俄罗斯又提出了安加拉-5V、联盟-5等载人运载火箭发展构想，但尚未见详细设计方案和研制进展。

联盟号运载火箭

联盟号系列运载火箭是俄罗斯目前唯一的载人运载火箭。1961年东方号火箭把加加林送入太空，开创了人类载人航天的新纪元。1963 年研制成功的上升号火箭发射了上升号载人飞船，1967 年改称为联盟号火箭，并开始使用联盟FG运载火箭发射载人飞船。

联盟号运载火箭是两级半并联构型运载火箭。一子级直径2.95米，采用1台RD-118液氧煤油发动机；二子级直径2.66米，采用1台RD-0124液氧煤油发动机（早期为RD-0110）；采用4个直径为2.68米的助推器，并采用锥形结构布局，每个助推器安装1台RD-117发动机。联盟号火箭是目前世界上发射次数最多的运载火箭，火箭全长49.52米，起飞质量约310吨，起飞推力约408吨，近地轨道运载能力约7.2吨。

联盟FG运载火箭图片

N-1 运载火箭
（未成功飞行）

N-1运载火箭是苏联针对载人登月计划专门研制的火箭，出于当年美苏争霸的政治需要，N-1火箭研制过程较短、论证不充分，1969-1972年连续4次飞行均失败，1974年项目最终下马。

N-1运载火箭图片

能源号运载火箭
（未实现载人飞行）

能源号运载火箭是苏联为发射第一个重复使用运载器暴风雪号航天飞机而专门研制的，按照分别捆绑 2、4、6 个助推器形成暴风雨号、能源号、火神号系列运载火箭，实现运载能力的梯度优化，除能源号火箭成功飞行两次外，其余两种火箭未飞行。

1987年能源号第一次发射中，有效载荷极地号试验飞船与火箭成功分离后调整姿态失败，重返大气层解体。

1988 年11月15日，暴风雪号航天飞机搭乘能源号运载火箭从拜科努尔航天发射场起飞，用时206分钟围绕地球飞行两圈后返回发射场着陆跑道。此次试飞没有载人，是苏联航天飞机的首航，也是唯一一次飞行。

能源号运载火箭图片

美国载人火箭

美国是拥有载人运载火箭种类最多的国家。冷战期间，美国在与苏联争夺太空话语权的驱动下，制订了“水星—双子星—阿波罗”的一系列载人航天发展计划。通过利用洲际导弹改装而成的宇宙神号、大力神号运载火箭让美国紧跟苏联实现了载人飞行，最终在载人登月的角逐中通过土星-V运载火箭的成功研制，实现了人类首次载人登月，从此奠定了美国在太空领域的领先地位。20 世纪 80 年代研制的航天飞机实现了运载器重复使用的梦想，虽然由于成本过高最终退役，但仍然代表了运载火箭技术发展的制高点。进入21世纪以来，提出了阿瑞斯号载人运载火箭发展计划，随后由于政府航天政策变化，最终载人飞行计划改由“太空发射系统”完成。

宇宙神-D运载火箭

宇宙神-D运载火箭是在宇宙神D导弹基础上改装而成，出于当时美苏争霸需要尽快实现载人飞行任务而研制。1959 年成功完成美国第一艘水星飞船亚轨道试验，1962年发射美国第一艘载人飞船，共飞行18次，6次失败。

宇宙神-D运载火箭是一级半并联构型运载火箭，一级和助推器采用共同的贮箱，在助推发动机工作结束后，助推发动机、尾段作为组合体与芯级发动机、贮箱分离。全箭直径3.05米，助推器采用2台LR-89-NA3液氧煤油发动机，芯级采用1台LR-105-NA3液氧煤油发动机。火箭全长29.07米，起飞质量约118吨，起飞推力约164吨，近地轨道运载能力约 1.36吨。

宇宙神-D 运载火箭发射图片

大力神-2LV-4 运载火箭

大力神-2LV-4运载火箭作为当时美国运载能力最大的火箭，专门用于发射双子星载人飞船，1964年成功发射美国第一艘双子星飞船，12次飞行全部成功。

大力神-2LV-4运载火箭是两级串联构型运载火箭。一子级直径3.05米，采用2台 LR-87-AJ-7四氧化二氮/混肼50发动机；二子级直径3.05米，采用1台LR-91-AJ-7四氧化二氮/混肼50发动机。大力神-2LV-4全箭总长33.2米，起飞质量约148吨，起飞推力约196吨，近地轨道运载能力约3.6吨。

大力神-2LV-4 运载火箭图片

土星-V运载火箭

“土星”系列运载火箭是美国国家航空航天局（NASA）专为登月任务而研制的火箭，包括土星-I、土星-IB和土星-V三种。其中土星-I为研究试验型火箭，用于“阿波罗”计划早期地球轨道飞行试验和发射探测卫星；土星-IB为改进过渡型，用于不载人或载人“阿波罗”飞船地球轨道飞行试验；土星-V专为实现“阿波罗”飞船载人登月而研制，可以将3名航天员送入月球轨道。1969年7月21日，阿波罗11号登月飞船成功在月球上软着陆，航天员阿姆斯特朗和奥尔德林踏上月球，人类载人航天和空间探索取得了重大突破。

土星-V运载火箭总共发射13次，全部取得成功。土星-V运载火箭是三级串联构型运载火箭。一子级直径10.06米，采用5台F-1液氧煤油发动机，单机推力达到694吨，是迄今为止最大的单室液体火箭发动机；二子级直径10.06米，采用5台J-2氢氧发动机；三子级直径6.6米，使用一台J-2氢氧发动机。土星-V火箭是世界上起飞规模最大的运载火箭，火箭全长110.6米，起飞质量约2950吨，起飞推力约3460吨，奔月轨道运载能力约46吨，近地轨道运载能力约120吨。

土星-V 运载火箭图片

航天飞机

航天飞机是NASA在“阿波罗”载人登月计划后，立足于经济、高效进出空间的可持续发展而研制的世界上第一种部分重复使用运载器。它可以将最多7名航天员送入太空，在轨服务时间长达7～30天，进行交会、对接、停靠，执行人员和货物运送、空间试验、卫星发射、检修和回收等任务。

美国共研制了挑战者号、哥伦比亚号、发现号、奋进号和亚特兰蒂斯号等5架航天飞机，自1981年4月12日哥伦比亚号从佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心首次发射开始，至2011年7月21日最后一次航天飞机任务——亚特兰蒂斯号在肯尼迪航天中心的主港着陆，共执行135次飞行任务，其中挑战者号和哥伦比亚号分别在上升段和再入段发生事故导致飞行失利，并且造成2次共14名航天员遇难牺牲。

航天飞机是一级半并联构型运载火箭。一子级由轨道飞行器和外贮箱组成，外贮箱悬挂在轨道飞行器侧面，贮箱直径8.38米，采用3台RS-25D高压补燃氢氧发动机，比冲比普通开式循环氢氧发动机提高了10%，是目前为止最先进的发动机；采用两个直径3.7米的固体助推器，为了提高发动机推力采用五段式结构，单台发动机推力达到约1300吨，是目前推力最大的固体火箭发动机（阿瑞斯号载人运载火箭、太空发射系统SLS的固体发动机均为其改进型）。航天飞机全长56.1米，起飞质量约2000吨，起飞推力约3000吨，近地轨道运载能力约 29.5吨（不含轨道器结构质量）。

航天飞机图片

太空发射系统SLS
（尚未实现载人飞行）

为了实现重返月球的目标，NASA于2011年启动了新一代“太空发射系统（SLS）”的研制。为了实现高安全和可持续性，采用渐进式发展模式，包括SLS-1、SLS-1A 和SLS-2三种构型。SLS-1主要为月球初始探索任务和近地轨道以远的科学试验载荷发射任务提供支撑；SLS-1A在SLS-1基础上进一步提升能力，并可适用于载货任务的有效载荷整流罩和适配器；SLS-2主要用于执行深空探测任务及近地轨道以远的载人任务。目前仍然处于研制阶段，首次执行SLS-1发射任务的美国重返月球表面计划名为“阿尔忒弥斯”，一期任务计划于2021年中下旬进行。

航天发射系统（SLS）

商业载人火箭
（尚未实现载人飞行）

早在航天飞机退役之前的2010年，NASA就开始物色新一代天地往返运输系统的承包商，当时波音、蓝色起源、内华达山脉和太空探索（SpaceX）四家航天公司进入观察资助名单。这些公司的载人飞行器将替代已经退役的航天飞机，使美国摆脱对俄罗斯联盟火箭及飞船的依赖，项目名为商业载人航天计划。

2019年3月2日，SpaceX使用猎鹰9-Block5火箭携带载人型龙飞船从肯尼迪航天中心成功完成了首次商业载人飞船的无人试飞。这是自 2011 年航天飞机退役以来，美国第一次使用自主研制的载人火箭和载人飞船从本土进行发射，具有深远的意义。其成功不仅标志着SpaceX即将成为全球第一家送人进入太空的私营公司，同时也标志着美国向再次拥有载人发射能力迈出了坚实的一步。