楊青格 張帆（北京航天動力研究所）

1 引言

從彈改箭的“靜海”（Shtif）火箭和蘇聯(lián)老牌“質子”（Proton）火箭，到新時代系列火箭“聯(lián)盟”（Soyuz）家族，再到通用式火箭“安加拉”（Angara）家族，這些典型的俄式太空運載器伴隨著俄羅斯航天人執(zhí)行了幾十年的太空任務，包括微型納米衛(wèi)星入軌，“國際空間站”（ISS）合作，以及探火、探月等重大任務，可謂“薪火相傳，代代燎原”。

目前，俄羅斯航天國家集團（ROSCOSMOS）已經(jīng)正式宣布停止生產(chǎn)航天工業(yè)主力質子－M重型運載火箭，該型號的最后14枚火箭將于2026年全部服役結束，彼時，蘇聯(lián)時期的火箭時代在某種程度上也將畫上一個句號。計劃接力“質子”的新型火箭安加拉－A5M將于2024年發(fā)射：這是一款全新的清潔能源型火箭，標志著俄式火箭正式進入環(huán)保時代。

火箭型號從左至右依次為“翼型”“靜?！?、安加拉－1.2、聯(lián)盟－2、安加拉－A5和“質子”

2 輕型火箭“靜海”

到2030年為止，俄羅斯航天國家集團將完成對“靜海”輕型火箭的清退工作?！办o?！被鸺悄壳岸砹_斯航天國家集團在役的最輕型運載器，該型號前身為洲際彈道導彈PC－18。根據(jù)前蘇聯(lián)和美國簽訂的《削減和限制進攻性戰(zhàn)略武器條約（CHB－I）》規(guī)定，類似的洲際彈道導彈型號需要從軍用領域移除，改裝成民用的運載火箭型號?！办o海”火箭的近地有效載荷約2t，僅適用于將納米衛(wèi)星和小型設備送入太空科學站。

俄羅斯航天國家集團之所以決定將“靜海”火箭徹底清退，原因有很多。一方面，這些火箭已經(jīng)過了產(chǎn)保期限，最后一批PC－18導彈是在1985年生產(chǎn)的，到2020年，即使是最晚生產(chǎn)的一批也早已過了保修期。此外，2015年烏克蘭政府曾切斷了“靜?！被鸺刂葡到y(tǒng)的供應鏈，嚴格禁止其出口。因此俄羅斯便無法對“靜?！被鸺M行更新?lián)Q代，2018年便被迫結束了“靜海”火箭的所有發(fā)射任務。

另一方面，2020年6月，俄羅斯國防部與赫魯尼切夫中心簽署協(xié)議，計劃將退役的PC－18B Stiletto導彈改裝為靜海－M運載火箭。官方數(shù)據(jù)顯示，該火箭的俄產(chǎn)控制系統(tǒng)成本為6.9億盧布，火箭改裝、地面基礎設施和上面級現(xiàn)代化改造總成本為34億盧布。如果一切順利進行，則至2028年，“靜?！被鸺憧伞霸』鹬厣薄?/p>

得益于彈改箭的結構優(yōu)勢，“靜海”火箭的最大特點為體積小，機動性強，可在海上發(fā)射。

3 中型火箭“聯(lián)盟”

毫無疑問，俄羅斯中型火箭的明星產(chǎn)品當屬“聯(lián)盟”家族。該型號的火箭生產(chǎn)可以追溯至1953年，由“俄羅斯火箭之父”謝爾蓋·巴甫洛維奇·科羅廖福親自操刀。第一代“聯(lián)盟”火箭的服役時間為1966－1976年，32次發(fā)射，成功30次。

1973年，第一代“聯(lián)盟”火箭升級為聯(lián)盟－Y投入使用，一直持續(xù)到2017 年。在此階段聯(lián)盟－Y火箭共發(fā)射了800次，可靠性高達97.3%。

然而，“聯(lián)盟”火箭的進化史并沒有就此結束。當聯(lián)盟－Y火箭獲得了升級版的發(fā)動機、新型數(shù)字控制系統(tǒng)和導航系統(tǒng)后正式改名為聯(lián)盟－2。聯(lián)盟－2火箭首飛于2004年，火箭性能得到了大幅度的提升，有效載荷增至9.2t。

運送途中的“聯(lián)盟”火箭及其上面級

后來又將聯(lián)盟－2火箭的頭部整流罩擴展至4.11m，以便運載器可以攜帶更大型的裝置，此時該火箭被命名為聯(lián)盟－2.1a。當聯(lián)盟－2.1a迎來第2次現(xiàn)代化改造時，又將三子級安裝了帶有受控推力矢量的新型發(fā)動機 RD－0124，改造后命名為“聯(lián)盟2.1b”，為俄羅斯現(xiàn)役版本。同時，通過移除聯(lián)盟2.1b的側面助推級，改造出輕型版本，命名為“聯(lián)盟2.1B”。

可以說，“聯(lián)盟”系列火箭是俄羅斯航天事業(yè)的強大主力軍。其發(fā)射任務包羅萬象，涵蓋了商業(yè)客戶和軍事客戶的大部分需求。它們甚至適用于俄羅斯所有的發(fā)射場，在拜科努爾、普列謝茨克、東方航天發(fā)射場以及南美洲的圭亞那航天中心均能順利完成發(fā)射任務。無論是有效載荷重量還是入軌高度（可以將質量約9t的運載火箭送入低軌道或將質量達5t的衛(wèi)星載荷送入太陽同步軌道），無論是發(fā)射成本還是研發(fā)難度，“聯(lián)盟”系列火箭都能交付非常滿意的答卷。

型譜完善，延續(xù)性發(fā)展是“聯(lián)盟”最大的特點，未來俄羅斯還將繼續(xù)加大對“聯(lián)盟”火箭的投入，完成中型火箭的現(xiàn)代化升級。

俄羅斯現(xiàn)代火箭獨特的俄式花紋

4 未來的中型火箭

然而隨著時光流逝，斗轉星移，再神話的火箭也有退役的那天。正如“聯(lián)盟”火箭，在面對新型技術要求時，顯得有些局促。尤其是當今航天領域非?？粗匾蛔蛹壙芍貜褪褂眉夹g，對此，俄羅斯航天國家集團的專家和領導都認為，需要將推進系統(tǒng)完成由煤油到氫氧和甲烷的轉變。尤其是甲烷推進劑在燃燒時不會形成積碳，與煤油推進劑相比，發(fā)動機無需拆卸和清洗便可直接重復使用，在很大程度上實現(xiàn)降本增效。

俄羅斯航天國家集團的專家并不想走馬斯克可重復使用火箭的老路，他們正在尋求一種其他的降落方式，即給火箭配備折疊翼。當可重復使用的一子級返航時，借助折疊翼可以進行空氣動力飛行，有效降低迎面氣流的速度。米亞西謝夫設計局使用上述技術概念研制出了一款新型火箭“翼型”項目。2021年10月，俄羅斯航天國家集團時任總經(jīng)理德米特里·羅戈津宣布，“翼型”項目將于2022年底交付。

巴爾季尼研究所總設計師鮑里斯·薩托夫斯基提出，除了折疊翼設備，還將為一子級可重復使用火箭修建起落架，以減少滑行跑道的維護成本。

當然，俄羅斯航天國家集團對聯(lián)盟－2火箭的技術升級并非只有可重復使用領域，所以“翼型”并非聯(lián)盟－2真正的繼承者。官方宣稱下一代“聯(lián)盟”火箭為聯(lián)盟－5，又名“額爾齊斯”，計劃使用合成燃料萘作為推進劑，火箭參數(shù)將得到有效改善。同時有效載荷重量也將得到大舉提高，低軌道載荷預計接近17t，幾乎是初代“聯(lián)盟”火箭的兩倍。

聯(lián)盟－5火箭的設計工作均覆蓋在俄羅斯當前的聯(lián)邦太空計劃內，飛行測試計劃于2024年開始，到2030年，它將成為俄羅斯載人航天任務的重要運載器之一。據(jù)悉，其發(fā)射地點分為陸海兩種：除了常規(guī)的發(fā)射場外，還能從海上浮動平臺發(fā)射。聯(lián)盟－5在初步設計階段便提出了與安加拉－5火箭使用同種型號的頭部整流罩，并將融合外國整流罩制造技術。

作為未來的中型火箭，“翼型”和“聯(lián)盟”都將采用可重復使用技術和清潔能源，完成現(xiàn)代化升級。相比之下，“翼型”更加側重無人巡航模式，使用折疊翼降落可重復使用子級；而“聯(lián)盟”則采用經(jīng)典的火箭垂直降落模式，同時可海陸兩域發(fā)射。

“質子”火箭接受發(fā)射前的檢測

5 重型火箭“質子”和“安加拉”

在未來的航天領域中，重型火箭和超重型火箭發(fā)展前景十分廣闊，它們可以實現(xiàn)更大的太空任務，例如：向“國際空間站”進行運輸補給，以及探火、探月或太陽系其他行星的登陸等。

目前，俄羅斯大型太空任務均由質子－M火箭擔任。憑借自身705t的質量，“質子”火箭低軌道有效載荷可達22t。它還可以將高達6.3t的質量放入中間地球轉移軌道，并將高達3.3t的質量放入地球靜止軌道（距離地球約35000km）。最難能可貴的是，“質子”火箭不僅在有效載荷方面令人稱贊，而且經(jīng)過400多次的飛行驗證，更是證明了自己卓然的可靠性。

盡管如此，“質子”火箭存在一個致命的缺點：推進劑庚基（偏二甲肼）具有高毒性。在蘇聯(lián)時期，廢棄的“質子”火箭對哈薩克斯坦中部、西西伯利亞東南部和阿爾泰東北部地區(qū)均造成了嚴重的環(huán)境破壞。后來，俄羅斯航天國家集團通過在子級下降階段完全燃燒剩余燃料，在很大程度上解決了這個問題。然而，隨著時代的發(fā)展，技術要與環(huán)境保護相結合，因此摒棄有毒推進劑變得刻不容緩。

于是“安加拉”火箭應運而生。這不僅僅是一款新型火箭，更是一種新型火箭設計概念，即借助通用模塊，改變子級組裝數(shù)量，達到符合運載任務的最佳參數(shù)。例如：向近地軌道發(fā)射3.5t有效載荷的輕型火箭安加拉－1.2、向近地軌道發(fā)射24t有效載荷的中型火箭安加拉－A5，以及向近地軌道發(fā)射37.5t的重型火箭安加拉－A5B。

若按照火箭體型對比分析，則輕型安加拉－1.2可替代“靜?！被鸺矣行лd荷擴大1.5倍；中型安加拉－A5將替代“質子”；安加拉－A5B火箭將比目前所有在役的俄產(chǎn)火箭有效載荷都要大。

因此，“質子”火箭的停產(chǎn)在某種程度可以看出俄羅斯航天國家集團對安加拉－A5火箭的自信，并且已經(jīng)準備好對其進行大規(guī)模生產(chǎn)。

重型火箭是未來航天領域的重點項目，“質子”火箭從蘇聯(lián)時代至今，一直獨領風騷。如今，接力棒遞到了安加拉的手里，日新月異?！百|子”最大的優(yōu)勢便是高可靠性，而“安加拉”火箭則更具有現(xiàn)代火箭的發(fā)展理念，使用清潔能源，將可持續(xù)性貫徹到底。

6 結語

俄羅斯火箭和航天工業(yè)的水平正在穩(wěn)步上升，對蘇聯(lián)時期的技術推陳出新，將現(xiàn)代太空技術與理論基礎進行完美融合。盡管科研探索之路滿布荊棘，但俄羅斯航天人員對此仍滿懷期待，眾志成城。

從目前所取得的火箭成果來看，俄羅斯將擁有非常完整的火箭系列以應對可能出現(xiàn)的所有太空任務?！奥?lián)盟”系列和“安加拉”系列將得到大力發(fā)展。