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“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?

“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?
2021-10-28 14:02:26

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作者:陈梓毅 李润琪 吴思冲 韩正猛

不久前,据国际文传电讯社透露,“联盟-5”新型运载火箭计划于2023年12月同时开展飞行测试和控制系统测试。距离猎鹰9号首飞已经过去了整整11年,作为赶超者的联盟5号似乎生得有些晚了。那么此时仍然在推进联盟5号研发工作的俄罗斯究竟有何战略考量?联盟5号又有哪些独到之处?

“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?

“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?

 

忆往昔峥嵘,望前路悠悠

俄罗斯近日披露的联盟-5号,是联盟号系列运载火箭(Soyuz)的新款型号。联盟号系列运载火箭起源于R-7洲际弹道导弹,经数个世纪的扩展,现已衍生出上升号(Voskhod)、闪电号、联盟号(Soyuz)、联盟U(Soyuz-U)、联盟号U/伊卡尔、联盟号U/弗雷盖特、联盟号FG(Soyuz-FG)、联盟2号(Soyuz-2)等10余种型号。作为全球范围内发射频次最高、发射历史最悠久的多用途运载火箭,联盟号系列运载火箭拥有极强的发射可靠性,成功率高于百分之95。自1967年首次发射至2017年,联盟号系列运载火箭已先后执行过约1800次发射任务,在其鼎盛时期发射频率一度达到60次每年。在本国的行星探测器、通讯卫星发射,以及国际空间站的人员与物资运送等方面,联盟号系列火箭做出的贡献不可磨灭。

在过去的半个多世纪中,联盟号系列运载火箭通过不断的优化与升级换代,罹受住了时代的风霜,被俄航天部门沿用至今。然而,自2010年以来,包括联盟号在内的诸多俄罗斯运载火箭在品牌效应上遭受一定程度的打击,一方面由于俄国内经济疲软,连带着航天领域的预算被不断削减,火箭的技术更新和设备维护工作受到较大的经费约束;另一方面,外部大环境也发生了巨大变化,俄罗斯联盟号、安加拉号等火箭品牌面临着来自美国 SpaceX 公司旗下的猎鹰系列火箭与欧洲航天局的阿里安系列火箭的巨大竞争压力。

对此,普京总统指出,虽然目前俄罗斯的火箭发射数量在世界上遥遥领先,但考虑未来的长期发展,火箭还需提升其发射可靠性和价格方面的竞争力,以满足国内外主要订货方,普京同时还强调"在计划的框架内重点加强火箭发射市场的地位"。俄罗斯航天部门之后也制定了一系列航天计划,以维持本国的火箭竞争力。这些计划包括探索研究火箭分级回收技术以大幅度压缩火箭发射的成本、削减不必要的火箭研究型号以降低研发与维护成本等。此外,计划中还涉及了新一代运载火箭的研制工作。

“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?

“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?

瞄中载市场,研重载核心

作为继承了前苏联主要航天工业遗产的俄罗斯,从来就没有想过放弃在太空领域的竞争。早在2017年5月22日,俄总统普京就已经批准未来将在拜科努尔发射场使用正在研发的联盟-5号。在SpaceX龙飞船服役之前,伴随着航天飞机时代的落幕,现役唯一的将宇航员送入国际空间站的载人飞船就剩下了俄罗斯的联盟号飞船。在新型飞船开发缓慢的俄罗斯宇航工业,联盟号飞船为俄罗斯带来了巨大的经济收益。但随着龙飞船的可回收技术日渐完善,老旧的联盟号飞船和搭载它的联盟2号运载火箭将不再具有足够高的成本优势。与此同时,在俄罗斯的远景规划中,对近地轨道的开发也占据了其未来航天领域的重要地位,现役的联盟2号运载火箭(近地轨道运载能力7吨)早已不能负载大型航天器的发射要求,而质子M运载火箭(近地轨道运载能力24吨)的载荷虽然足够,但缺乏相应的高载荷发射市场。在可回收“猎鹰-9”号实现大规模商用的情况下,俄罗斯需要一款能够瓜分近地轨道中等载荷发射市场且可以搭载新型载人飞船的中型运载火箭以填补现有体系的空白。

联盟5号运载火箭正是基于这一战略构想而进行的开发。计划采用了RD-171MV型的大推力液氧煤油发动机的联盟5号虽然是作为中型火箭进行的开发,但仍可以该型发动机为芯级捆绑固态助推器而进行重型火箭发射任务,未来或可取代质子M运载火箭。RD-171MV发动机的前辈包括前苏联时期研制的推力达到790吨的RD-170发动机和目前世界上最先进的大推力液氧煤油发动机之一的RD-180发动机,其本身更是以RD-171M为蓝本,并参考了RD-180和RD-191的部分技术和设计方案,以及使用了RD-191的控制技术系统。一旦RD-171MV研制成功,俄罗斯仍将保持在火箭发动机上的技术领先地位,并能赋予联盟5号17吨的近地轨道运载能力,这将大大提高俄罗斯在近地轨道的发射能力,与美国的“猎鹰-9”和欧洲“阿丽亚娜-6”的展开同量级载荷的竞争。

在俄罗斯于2016年发布的《关于俄罗斯联邦2016~2025年航天计划》中指出其计划“研制新一代联邦号载人飞船和中型、超重型火箭关键部件,并完成至少3次空间飞行试验”,正在进行的联盟-5号开发显然是这一计划的重要一环,一旦完成开发,俄罗斯计划从2025年至之后的40年时间里以每年6枚的速度进行发射。规模化的应用有助于降低发射成本,据俄罗斯航天集团的介绍,单枚“联盟-5”火箭的发射费用预计为6000万美元左右。俄罗斯航天集团总裁罗戈津表示,预计2022年将使用“联盟5”号火箭进行首次载人发射,2023年使用该型火箭将新型“联邦”号飞船送入太空。成熟而稳定的发射系统将成为俄新一轮星际探索的坚强支持,无论是未来组建自己的空间站抑或进行行星际探索,又或是满足商业发射的需求,“联盟-5”都将是俄航天体系的重要组成。

 

“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?

“晚生”的联盟-5号究竟何去何从?

铸大国利器,展强国荣光

进入21世纪以来,各国逐渐发现宇宙中所蕴藏的无限财富。对外太空的探索和在外太空中进行的各项科学实验对于国家科技发展具有重要意义,尤其在地球观测研究、天文学、基础物理学、航天医学等几大类,航天研究不可或缺。在这种情况下,国家的运载火箭技术水平就是卡脖子的硬实力。联盟-5号运载火箭极有可能作为未来制胜空天的利器,重塑俄航天大国地位,提升俄罗斯航天领域整体水平,为将来俄进一步航天建设和发展打下坚实的基础。

新型运载火箭的紧张研发,是俄为加快推进空间站建设的重要抓手,使俄可以独立发射飞船,而不必在关键技术上被欧美国家掣肘,在新时代保全俄罗斯的国家利益。目前尚在运行的国际空间站,预计2024年终止运行,这也是国际空间站第二次延长退役时间,根据此前国际空间站披露的问题不难判断,2024年已经是国际空间站所能达到的极限使用时间。根据俄罗斯“能源”火箭航天公司总设计师负责人索洛维约夫披露,俄或将于2027年启动组建新空间站。而联盟-5号运载火箭的研发生产将会对组建新型空间站起到重要作用。同时17吨的有效载荷,也可以大大优化搭建进程和组装效率。拥有高性价比和高稳定性的联盟-5号运载火箭极有可能成为未来航天的大国重器。

国际空间站即将到期,多国表示要独立或联合发展自己的航天事业,进而发展本国空间站。因此从运载火箭的需求量角度来看,国际上运载火箭的市场将大大扩充。假使联盟-5号运载火箭顺利研发生产,并保持6000万美元左右的预计造价,出售联盟-5号很有可能会为俄罗斯带来丰厚的经济收益。如今的运载火箭市场的潜在买家众多,多国需在国际空间站退役之前准备好自己的空间站计划,这必然伴随着需要大量运载火箭来支持空间站的发射计划。相较于美猎鹰系列运载火箭,联盟系列运载火箭因其批量化生产技术娴熟,在投入使用后,很有可能会为俄航天生产企业带来巨大的经济收益,来缓解因经费问题所带来的诸多研发放缓情况。

联盟-5号的研发生产必然会面临一系列的困难和挑战,但俄对研制新型运载火箭的决心也表明着其对重塑大国荣光的信心,在航天利益争夺愈发激烈的今天,未来的国际航天走势究竟会如何,让我们拭目以待。

(责任编辑:许朝)

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