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美苏登月争霸

 心容乾坤 2022-03-05

苏联的计划

美苏两个超级大国,从此开始调集,所有的人力和科技资源,进行人类有史以来最宏伟的计划。苏联在美国的阿波罗登月计划宣布后,制定了三种火箭发射方案,但是苏联高层在三种方案中犹豫不定难以抉择,直到1964年,苏联总书记赫鲁晓夫作出了关于探月和外层空间的工作决议正式拉开了苏联载人登月的序幕

在时间上已经落后了美国三年,当时苏联决议属于绝密,没有人知道具体的细节,直到苏联解体后才逐步解密,文件的内容中,除了决定实施登月以外,还特别写到登月的两个重要步骤,绕月和登月由隶属两家彼此竞争的团队分开研制,各自研发火箭和飞船,这就把本来就有限的资源一分为二。

伟大的火箭设计师

为后面的登月计划,造成了很大的困扰,当时的苏联航天领域有两个非常重要的人物,一个是第一设计局的谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫,他是苏联第1枚射程超过8000千米洲际弹道导弹的设计者,苏联1颗人造卫星运载火箭的设计师是苏联航天事业的伟大先行者另一个就是第52设计局的弗拉基米尔·尼古拉耶维奇·切洛梅洛梅是和科罗廖夫齐名的航天科学家,最伟大的作品,就是著名的质子号火箭,还有被很多人称为航母大杀器的花岗岩反舰导弹。

科罗廖夫和切洛梅分别带领两个重要的设计局,苏联的登月项目由这两家设计局来负责,科罗廖夫和切洛梅的关系向来不和,这就给苏联的登月计划平添了不少变数,在赫鲁晓夫发布登月计划之后的两个月苏联政局发生了巨变,赫鲁晓夫倒台勃列日列夫担任苏联总书记,这样苏联的登月计划在混乱中又过了两年,直到1966美国的登月火箭土星5号的研发已经接近尾声,苏联高层终于想重新评估了登月计划目的是让两个设计局的火箭研发方案合二为一,一个是科罗廖夫N-1火箭,一个是切洛梅的UR-700火箭

从火箭的研发进程上来看,切洛梅UR- 700处于领先地位,可是就在这个时候科罗廖夫突然病逝,不知道是为了什么,苏联政府最后决定使用科罗廖夫的火箭方案,也就是苏联的N-1火箭。可是这个时候N-1火箭才刚刚开始研发登月的首选人确定是当时苏联,第1位太空行走的宇航员,阿列克谢·列昂诺夫

研发经费方面,美国的阿波罗计划花费了250亿美元,相当于现在的2,000亿美元,而苏联的登月经费只有55亿美元。苏联的登月飞船和火箭一样最开始也设计了两个不同的登月飞船和指令舱,一个是科罗廖夫lok方案,一个是切洛梅700方案各有各的优点。

自从苏联政府统一采用科罗廖夫N-1火箭方案后,就顺带采用了他的L OK飞船方案,而且苏联采用的是和美国一样的月球轨道交汇方案,这是美国人前期工作做已经验证了这个方案是风险最小的方案L OK飞船和阿波罗飞船不同的地方,是登月舱的安放位置,一个在最前部一个居中,最重要的L OK载人登月舱,不论是外形还是起降方式,都和美国的阿波罗登月舱类似,苏联受制于火箭的推力,L OK登月舱明显比阿波罗登月舱要小,能容纳一名宇航员,阿波罗登月仓则可以容纳两名宇航员L OK登月舱成功研发,并按时顺利造出等比例的模型在地面进行测试,并且由联盟L型运载火箭发射升空,在地球轨道进行了4次模拟登月着陆试验

肯尼迪1961年宣布登月之前,苏联就已经发射了月球2无人探测器,登陆了月球,在登月飞船领域,苏联一直是处于领先地位,只是受制于火箭的推力,登月舱的方案才一再改小。

所有的登月步骤全部完成,只要火箭的研发没有突破,载人登月任务就不可能成功

研制N-1火箭

在美国1961年宣布登月之前1959年在科罗廖夫的带领下,苏联的第一设计局就开始研制N-1火箭,目的是用于轨道空间站和载人火箭飞船的发射,原方案是在火箭上使用一台核动力发动机,后来由于时间的关系放弃了核动力发动机,火箭载荷也只能降低, N-1火箭当时还停留于规划阶段,直到1961年才真正启动研发,进程远远落后于美国的土星5号登月火箭.基于保险起见,科罗廖夫提出了使用当时的一种新型飞船进行地球轨道交汇的方案,就是把这种新型飞船登月舱,还有登月辅助设备分别发射到地球轨道,然后进行组装再飞上月球,这种方案降低了运载火箭的性能需求,但是必须以快速完成组件发射。必须在组件的燃料耗尽前进行组装,当时的苏联还是无力进行这样密集的发射,组装经验也几乎没有

这种方案,虽然是比较安全的方案,由于时间过于紧迫,科罗廖夫于是就研发95吨级的N-1火箭,这种能够直接发射到月球轨道的大型火箭最关键的就是火箭发动机,科罗廖夫要想研制新型的发动机是不可能完成的,所以他不得不寻找替代品,采用其它技术来解决发动机推力不足的问题。科罗廖夫找到了一种nk-15发动机,要将50吨重的月球飞船发射到太空,必须在火箭底部布置多台nk-15发动机形成一个发动机群。

科罗廖夫的去世后N-1火箭的研发科罗廖夫的副手瓦西里米接管,米什基本还是延续了科罗廖夫的火箭设计思路N-1火箭高105米,在高度有效载荷和质量上都仅次于美国的土星5N-1采用了5级推进前三级将飞船送入地球轨道,其余两级用于地推进,第1级火箭有恐怖的多达30nk-15发动机组成发动机排成两个环,外环24台内环62级火箭,由8nk-15发动机驱动排列成环行;3级火箭4台发动机构成。所以这个N-1火箭一共是42台发动机,这么多火箭发动机的布置是世界首例,N-1火箭总可以共产生4620吨推力,远远超出土星5号的3469吨的推力,N1虽然推力更大,但是它只能将95吨重的物体送入地球轨道,土星5号可以运送130吨的物体,这是由于N-1采用了基于煤油的火箭燃料,美国土星5号设计时选用了更加成熟的氢氧发动机,以此获得了较高的效率N-1的推进效率只有普新5号的一半左右,美国的土星5号要远比N-1先进

N-1超过30台发动机的一级火箭,使得火箭推进器的管道设计异常复杂,当时苏联也想研发美国土星5号使用的推力强大的发动机,但是由于时间紧迫,没有研发。在当时的政治环境里,已经没有退路了。为了在美国之前登月,苏联还是决定将已有的发动机组合进行发射,为后面的发射埋下了非常危险的因素

N-1火箭4次试射4次爆炸

N-1火箭的发射场在现今哈萨克斯坦境内的拜克努尔发射中心,火箭研发基地却远离发射中心,为了通过铁路运送火箭,火箭的各级都被拆解,再重新进行组装,结果许多潜在的问题都不能及时发现并且排除例如有害震动可能会导致推进器管道破裂,废气流体力学的问题,可能导致火箭翻滚,这后面的几次试飞中都得到了应验。

在所有准备工作完成后,N-1火箭被运送到了拜克努尔发射中心开始进行试射,19692月在美国把人类送上月球的5个月前,N-1火箭才进行了第1次试射,这次试射还是很仓促的,42nk-15发动机从来没有集体点火过,只是每台发动机单独点火测试成功就组装在了一起,结果第1次测试火箭发射到12,000米的高空解体爆炸。

到了7月份得知美国马上要发射阿波罗飞船,N-1火箭又加紧开始了第2次试射与第1次的低调发射不同,这一次有数以千计的政府官员工程师和热爱航天的平民来到现场观摩,在火箭刚刚点火没多久,火箭的发动机控制系统就因故障瘫痪,刚离开地面不过几十米的火箭,重重的摔到了发射台上,整个火箭发生爆炸,发射台瞬间被摧毁,威力相当于一次小型核爆。事故中有150人不幸遇难成为了人类火箭发射史上的最大事故事故几天后苏联进行了消息封锁,但美国的一颗间谍卫星还是拍到了一片狼藉的发射场两周以后美国的土星5号成功将阿波罗飞船送上月球,人类第1次踏上了月球的土地

苏联没有放弃登月的计划,N-1火箭在1971年和1972年又进行了两次试射,但这两次次射又以爆炸失败苏联政府和军方,紧急叫停了N-1火箭的试射,取消了后面的8次试射。N-1火线的变态设计,导致42台发动机的推力平衡,舰体共振方面出现了一系列问题,使得N-1火箭的悲剧成为必然。在科研人才方面,科罗廖夫的病逝也为N-1火箭的悲剧埋下了伏笔,同期美国阿波罗计划中的研发团队由现代火箭之父韦纳··布劳恩领衔。差距可想而知。在研发资金方面,苏联的国力研发资金的缺乏以及摇摆不定的登月计划消耗了有限的资源,最可怕的就是没有进行科学的试验,就为了政治因素直接上马,导致了最后的悲剧

质子号运载火箭研发成功

后来切洛梅ur-500火箭发展为质子号运载火箭,在1971年将苏联的8空间站,全部发射地球轨道如果一开始就采用切洛梅ur-500火箭。苏联在60年代是有能力登月的,在美国成功登月,苏联认为登月已经没有政治意义,就转发展空间站计划了。

今天的设想

我们设想一下,当年如果苏联的N1火箭解决了发动机的问题30台发动机能一起协作,那么N1火箭产生的巨大的动力足以将登月飞船安全送达地球轨道,那么苏联将在19692月,也就是比美国提早5个月成功登陆月球那么苏联的宇航员在登陆月球时说的第一句话会是什么呢?一定不是我的一小步,人类的一大步”。那美国又会有什么后续的太空计划呢?

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