天顶系列运载火箭介绍

ZHAOJINGZHOUA 2021-12-30

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来源B站UP主黑店ula

天顶号运载火箭（俄语：Зенит，英语：Zenit）为苏联在1970年研制的一个大型运载火箭系列，包含多种型号。于苏联政府在1976年正式批准进行研制，主要设计工作被分配给了位于乌克兰的南方设计局。天顶号是该设计局在苏联解体前完成的最后一款运载火箭，由R-36M洲际弹道导弹（北约代号SS-18“撒旦”）的设计者弗拉基米尔·乌特金任总设计师。天顶号的设计工作与当时苏联的能源-暴风雪号计划捆绑在一起。主要是因为苏联工程师打算直接用天顶号火箭的第一级作为能源号火箭的助推器，并为之配套发展一种大推力液体火箭发动机。由格鲁什科领导的设计团队研制了供能源号与天顶号使用的RD-170/RD-171型高压补燃液氧煤油发动机。能源号火箭的助推器使用RD-170，而天顶号火箭则使用RD-171（区别：RD-170的推力矢量喷管只能沿一个方向轴摆动，RD-171的喷管则可以沿两个方向轴摆动）。RD-170/RD-171是迄今为止世界上推力最大的多室液体火箭发动机，其真空推力高达7903kN。

整个天顶号工程的原本计划要发展一个通用的，拥有小、中、大三种型号的火箭家族（类似俄罗斯现在的安加拉系列运载火箭）。按照南方设计局给出的资料，这三种型号的工程代号分别是11K55（小型），11K77（中型）和11K37（大型）。实际上，最后只有中型型号（11K77）得到了发展，其它两种型号都被放弃。（11K77工程就是现在的天顶-2运载火箭）

在整个苏联时期，只生产过两级型的天顶-2，从拜科努尔LC-45与LC-45/1发射场发射（原计划在普列谢茨克发射场修建的一套发射设施，因苏联解体而未能完工，现已被改造为安加拉系列运载火箭的发射台）。

20世纪末，为了竞争国际商业发射服务市场，乌克兰与俄罗斯共同开发了三级构型的天顶-3SL，由乌、俄、美、挪共同控股的海上发射公司运作。天顶-3SL在位于太平洋赤道区域的奥德赛发射平台发射。为了适应商业市场的需要，又推出了可以在陆地上发射的天顶-3SL改型（天顶-3SLB）。2007年，乌克兰与俄罗斯又推出了天顶-2的改进型天顶-M（即天顶-2SLB），主要改进了发动机以及使用了新的控制系统

天顶系列运载火箭主要生产设备位于乌克兰，俄罗斯只提供一些重要组件(如发动机)。在俄乌分家后，俄罗斯为了不在航天发射领域受制于人，已准备用新研制的安加拉系列运载火箭来替代它（目前已完成首飞，然后就没有然后了）因此，在目前安加拉系列运载火箭尚未成熟的情况下，俄罗斯为了发射某些载荷仍需与乌克兰合作生产天顶号（主要是两级型的天顶-2）。用于商业发射的天顶号（天顶-3SL）则由海上发射公司进行运作。

↑天顶-3SL与天顶-2

天顶-2

所属国家/组织：苏联/俄罗斯

研制单位：南方设计局

生产单位：南方机器制造厂

生产代号：11K77

首飞：1985年

发射场：LC-45与LC-45/1发射台（拜科努尔）

起飞推力：7259 千牛(海平面)

外形和质量参数

全长:57米

芯级最大直径：3.9米

起飞质量：459000Kg

空重：37600Kg

↑天顶-2

质量：34900Kg

空重：28600Kg

长度：32.9米

直径：3.9米

发动机：1台RD-171

推进剂：液氧/煤油

单台推力(海平面)：7259 kN

单台推力(真空)：7903 kN

总推力(海平面)：7259 kN

总推力(真空)：7903 kN

工作时间：143s

比冲(海平面)：311s

比冲(真空)：337s

姿态控制：推力矢量(矢量喷管)

↑天顶-2一级

第二级

质量:89500Kg

空重:9000kg

长度：10.4米~11.5米

直径：3.9米

发动机：1台RD-120

推进剂：液氧/煤油

单台推力：912kN(真空)

总推力：912kN(真空)

工作时间：300~315s

比冲：349s(真空)

姿态控制：1台游动发动机(11D513)

↑暂时找不到天顶-2的，拿天顶-3SLB的凑合一下

近地轨道（LEO）：13740Kg

太阳同步轨道（SSO）：11380Kg

天顶-2是两级结构的运载火箭。火箭一级采用一台RD-171。靠可以沿两个方向轴摆动推力矢量喷管（其偏转角可达6度）来进行姿态控制。火箭的二级采用一台RD-120单室发动机，还安装有一台11D513游动发动机用于姿态控制。11D513的工作时间可以达到375秒。天顶-2有一个奇怪的特点：推进剂并不是按最佳比例在两级之间分配的。这是因为受限于铁路运输车辆所能承载的货物长度，要想把火箭以装配完毕的形态运输到发射场，就不得不缩短一级的燃料贮箱。另外，将天顶-2分别加上一个Fregat上面级或DM上面级，就形成了两种三级火箭：天顶-M/Fregat（即天顶-2FG）和天顶-M/DM。于2011年退役（应该吧）。

天顶-3SL

所属国家/组织：海上发射公司

研制单位：南方设计局

生产单位：南方机器制造厂

首飞：1999年

发射场：奥德赛海射平台/LC-45/1

起飞推力：7259 kN(海平面)

↑海上发射的天顶-3SL

外形和质量参数

全长：59.6米

芯级最大直径：3.9米

整流罩直径：3.9米

起飞质量：471000Kg

空重：40320Kg

第一级

质量：354300Kg

空重：28600Kg

长度：32.9米

直径：3.9米

发动机：1台RD-171

推进剂：液氧/煤油

单台推力(海平面)：7259 kN

单台推力(真空)：7903 kN

总推力(海平面)：7259 kN

总推力(真空)：7903 kN

工作时间：143s

比冲(海平面)：311s

比冲(真空)：337s

姿态控制：推力矢量(矢量喷管)

↑天顶-3SL一级

第二级

质量：90600Kg

空重：9000Kg

长度：11.5米

直径：3.9米

发动机：1台RD-120

推进剂：液氧/煤油

单台推力：912kN(真空)

总推力：912kN (真空)

工作时间：300~315s

比冲 (真空)：349s(真空)

姿态控制：1台游动发动机(11D513)

第三级（可另选Fregat上面级，目前数据缺失）

名称：DM-SL组级

上面级质量：17300Kg

空重：2720Kg

长度：5.6米

直径：3.7米

发动机：1台RD-58M

推进剂：液氧/煤油

单台推力：84.92kN (真空)

总推力：84.92kN (真空)

工作时间：650s

比冲：352s

运载能力

近地轨道（LEO）：7000Kg

地球同步转移轨道（GTO）：6160Kg（天顶-3SLB为3750Kg）

地球静止轨道（GEO）：2900Kg（天顶-3SLB为1600Kg）

天顶-3SL是一款三级构型的运载火箭，其基本思路是在天顶-2上加装一个上面级，这样火箭就具有了向高轨发射载荷的能力。其最与众不同的是火箭是从位于太平洋赤道附近海域的海上平台(奥德赛海射平台)上发射（该平台原来是一个海上石油钻井平台）。因此，火箭必须从美国加利福尼亚州长滩市的海岸用一艘名叫“海射指挥者号”的运输指挥船运到海上平台。尽管苏联时期只生产过两级构型的天顶-2运载火箭，但三级型天顶号的研制早已完成。虽然天顶-3从未真正飞行过，但它大大简化了天顶-3SL的设计工作。

“海射指挥者”与“奥德赛”平台

海上发射的天顶-3SL

天顶-3SLB是海上发射公司用于陆上发射服务的商业火箭，其发射场为拜科努尔(只有那里有现成的天顶号发射设备)。为此成立了一个称为“陆射” (Land Launch)的部门负责这方面的业务。天顶-3SLB换装了更先进的上面级（由能源火箭航天集团研制的DM-SLB组级）。天顶-3SLB的箭体与天顶-3SL没有区别，但整流罩是由俄罗斯拉沃契金设计局重新设计。