"暴風雪”號太空梭

風雪號太空梭大小與普通大型客機相差無幾,外形同美國太空梭相仿,機翼呈三角形。機長36米、高16米,翼展24米,機身直徑5.6米,起飛重量105噸,返回後著陸重量為82噸。它有一個長18.3米、直徑4.7米的大型貨艙,能把30噸貨物送上近地軌道,將20噸貨物運回地面。頭部有一容積70立方米的乘員座艙,可乘10人,設計飛行壽命100次。

簡介

1988年11月15日,前蘇聯的暴風雪號太空梭從拜科努爾航天中心首次發射升空,47分鐘後進入距地面250公里的圓形軌道。它繞地球飛行兩圈,在太空遨遊三小時後,按預定計畫於9時25分安全返航,準確降落在離發射點12公里外的混凝土跑道上,完成了一次無人駕駛的試驗飛行。

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科學家們認為,這次完全靠地面控制中心遙控機上電腦系統,在無人駕駛的條件下自動返航並準確降落在狹長跑道上,其難度要比1981年美國太空梭有人駕駛試飛大得多。

首先,暴風雪號的主發動機不是裝在太空梭尾部,而是裝在能源號火箭上。這樣就大大減輕了太空梭的入軌重量,同時騰出位置安裝小型機動飛行發動機和減速制動傘。

其次,暴風雪號著陸時,可用尾部的小型發動機做有動力的機動飛行,安全準確地降落在狹長跑道上,萬一著陸姿態不佳,還可以將太空梭升起來進行第二次著陸,從而提高了可靠性。而美國太空梭靠無動力滑翔著陸只能一次成功。

第三,暴風雪號能像普通飛機那樣藉助副翼、操縱舵和空氣制動器來控制在大氣層內滑行,還準備有減速制動傘,在降落滑跑過程中當速度減慢到50公里/小時時自動彈出,使太空梭在較短距離內停下來。

基本資料

最大質量

105噸

有效載荷

30噸

著陸質量

82-87噸

機組成員

2-10人

飛行時間

7-30日

軌道傾角

50.7-110度

軌道高度

250-1000千米

著陸速度

312-360km/h

長度

36.37米

高度

16.35米

翼展

23.92米

機翼掠角

45度

發射流程

倒計時30分:清理髮射台

倒計時11分:發射系統開始自檢

倒計時8秒:主引擎點火

倒計時0秒:助推引擎點火,發射升空

發射後150秒:助推火箭分離

發射後480秒:推進火箭燃盡,落入太平洋

發射後47分:暴風雪號進行42秒變軌機動,抵達高度250千米的軌道。

從“螺鏇”計畫到“暴風雪”太空梭

有翼太空飛行器的先鋒當屬60年代初在著名工程師洛吉諾洛金斯基領導下研製的“50-50計畫”,也稱“螺鏇”計畫。1962年,米高揚領導的第155設計局根據科羅廖夫下達的任務開始研製“50-50”計畫,其中的“50號產品”為單座軍用空天飛機,而“50-50”號產品”為高超音速載機。“50”這一數字表示為即將到來的偉大十月革命50周年獻禮,並計畫在此時進行首期亞音速試驗。高超音速載機由圖波列夫設計局負責研製,它應在極大的速度(M5.5~6)和24~30公里的高度上釋放這架10噸重的空天飛機。

計算表明,該系統的有效載荷重量約為其發射重量的12.5%,且有85%的發射重量返回地球,而當時科羅廖夫設計的320噸重的聯盟火箭只能將發射重量的2.5%送上太空,返回地球的只有2.8噸重的著陸器。同時,“螺鏇”不光能返回,它還可以再次飛行,而且無需航天發射場。當時製造了試驗型軌道飛機,並進行了首批計畫內的飛行。在返回大氣層時,它就像飛機一樣,可在半徑為600~800公里的範圍內選擇著陸點。它的用途極為廣泛,既可作為航天轟炸機或偵察平台,也可作為航天武器載機或作為有人駕駛的救援機,同時還可作為截擊機或只是作為技術驗證平台。

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1967年開始製造有人駕駛軌道飛機的縮比試驗器。在這些1/2和1/3模型中,代號“105.11”的模型用於亞音速大氣層試驗,“105.12”用於超音速研究,“105.13”用於高超音速研究,但這一項目於1969年6月被中止,當時的國防部長格列奇科元帥認為這簡直就是“天方夜譚”。1974年6月30日,在火箭發動機專家格魯什科的支持下,“螺鏇”計畫恢復實施,並擬進行軌道飛機的亞音速飛行試驗。1976年10月11日,該軌道飛機完成了第一次飛行,一年後的11月27日也完成了“米格-105”試驗機從KM型機上在5000米高度上的第一次投放,總共進行了8次試飛,從而確定了該空天飛機的亞音速氣動性能和各系統在大氣層中飛行的性能。

該空天飛機呈平底形狀,採用升力體式機身,前部較大並向上翹起,因此該機又被戲稱為“套鞋”。這種幾何形狀可大大降低機身在再入大氣層時的受熱程度。該機的獨特之處是其可變式機翼。機翼安裝時與水平面呈60度角,在起飛、軌道飛行和再入大氣層時用作垂直安定面。在再入大氣層並將速度降低到亞音速後,機翼轉至水平狀態,從而增加了升力。機身、機翼和巨大垂直尾翼的後掠角度分別為78、55和60度。“米格-105”安裝有科列索夫研製的RD-36-35K型渦輪噴氣發動機,軌道發動機由19台大小不一的發動機組成,以進行軌道粗定位和精確機動。該飛機長8.5米,高3.5米,重4220公斤,翼展7.4米。這一方案最終被取消,但空天飛機的研製工作仍在繼續進行。

在70年代初,美國研製了“太空梭”軌道飛機,也就是目前正在使用的太空梭。這一時間,前蘇聯也開始製造自己的“太空梭”,即“暴風雪”號太空梭。為研究從軌道返回時防熱問題,設計者還研製了“布拉風-4”無人駕駛試驗器,以“宇宙”系列的代號完成了4次軌道飛行,時間分別為1982年6月4日、1983年3月16日和12月27日及1984年12月19日。最初兩架空天試驗機均濺落在印度洋上,其打撈工作引起了西方國家的注意。於是,後兩架“布拉風”均著陸於克里米亞海區。“暴風雪”號於1988年11月15日發射升空,並完成了極其精確的自動著陸。暴風雪號首航成功,按計畫應很快開始載人飛行,後來,蘇聯的政治與經濟生活發生了巨大變化,航天計畫撥款急劇減少,於是,“暴風雪”號也就成了“多餘之物”。

計畫出籠

早在太空時代之前,就有人討論過建造可重複使用的飛機形太空飛行器了。俄國的齊奧爾科夫斯基就考慮過將飛機送入大氣層以外的可能性。前蘇聯的航天功臣科羅廖夫很早就將RP-318滑翔機安裝上火箭引擎做試驗。20世紀60年代,米高揚設計局設計了一種可重複使用的小型飛船螺鏇(Spiral)號,它由超音速飛機發射,發射後則由自備的捆綁火箭作動力源。

70年代初,美國制定了研製太空梭的計畫,並將其列為載人航天的首要項目。美國人最初的目的是為了發展一種更經濟的軌道運輸工具以取代飛船和運載火箭,但前蘇聯當局則將這一新型太空飛行器視為未來美國搭載核武器的工具,並於1976年決定發展類似的太空飛行器作為對這種“威脅”的回應。蘇聯人將其取名為“暴風雪(Buran)”。當年米高揚設計局從事螺鏇計畫的部分技術人員,以及來自莫爾尼亞、米亞西舍夫等設計局的一些工程師也被調去從事暴風雪計畫。暴風雪的主體由新成立的莫爾尼亞聯合體全權負責研發。

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與暴風雪一起研製的是重型運載火箭能源號(Energia)。它可以用來發射暴風雪號太空梭,也可以單獨作為運載火箭使用,這與美國太空梭設計不同,主要是出自蘇聯沒有開發大型固體火箭經驗的考慮。這個設計是由能源聯合體的負責人ValentinGlushko提出的。暴風雪號自身沒有主推進引擎,只有兩個小型引擎供調整軌道姿態用,起飛時它可以看作是能源號火箭的載荷。很多人認為,這一設計實際上要優於美國的太空梭,因為如此做法將降低太空梭的事故率,並可提高其搭載的有效載荷。但在暴風雪與能源火箭對接並運送到發射台的過程中,採用的是水平運輸的方式,這顯然沒有美國的垂直運輸來得方便。最初的設計(有些還早暴風雪計畫)有幾種,分別由米高揚、米亞西舍夫、切諾梅等設計局提出,各方案差別非常大,其中包括改良螺鏇號飛船,使其可以用質子火箭發射的方案。其中一種設計甚至沒有機翼結構,這是為了使其更適合高速大迎角飛行;最後的著陸則通過降落傘調整。但最終蘇聯人還是採用了三角翼的設計。

拜科努爾發射場為暴風雪號太空梭和能源號火箭建造了3座發射台,但3號發射台從未使用過。

暴風雪號的設計要求是可使用100次以上,能夠將30噸有效載荷送入200千米高、傾角50.7度的地球軌道;標準機組成員4人,包括正副駕駛員各一,另有2名從事艙外活動和其他領域研究的太空人。在暴風雪號太空梭上要能夠進行複雜的軍事研究。抵抗敵對國家的軍事活動也是暴風雪號的設計任務之一。同時研製暴風雪號的目的還有研究美國的航天技術以增強蘇聯的實力。

另外,安東諾夫設計局還為解決暴風雪號的運輸問題專門設計了安-225“夢幻(Mryia)”大型運輸機。安-225於1985年開始設計,1989年首次背負暴風雪號飛行,是目前已有的體積最大、載重能力最強的飛機,迄今只生產了2架。它的原形是安-124,但採用的是雙垂直尾翼設計,運載能力比安-124提高了50%。

地面測試

最初,暴風雪承擔的角色是航天武器和空間站(尤其是日後的和平號空 間站)運輸工具。太空梭的建造工作在1980年開始,第一架全尺寸太空梭模型完成於1984年。據信前蘇聯共建造了數架太空梭,這是為了解決他們計算機模擬技術薄弱而作的。他們在不同的機身上安置了不同的電子設備,採用了不同的設計以作測試用。其中供太空飛行用的幾架編號分別為OK-1K1、OK-2K1、OK-1K2、OK-2K2和OK-3K2(後兩架似未完工),其他都是僅供地面試驗的,有些機身還不是完整的。

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飛行測試始於1983年,但最開始只是用小型比例模型作試驗。首架全尺寸模型在試飛24次後報廢了;最後一次飛行測試是在1988年春。參加測試的模型多用“宇宙****”為編號。

1985年,暴風雪號的機翼運抵拜科努爾。同年還進行了能源號火箭的第一次點火測試,但在點火後2.58秒,系統檢測到引擎渦輪出了故障;隨後的測試還發現了液氦泄露等問題。第二次測試是成功的,引擎運行了390秒。為保證有充足的冷卻水做測試,附近的城市不得不停水10天。而暴風雪計畫的弊病也逐漸暴露出來:幾乎所有的研製進度都沒有達到最初的要求。別的不論,單是暴風雪號的零件運輸也成了大問題:人手不足,經驗不夠。蘇聯政府召集了大量工人前往拜科努爾,使這裡為太空梭準備的211設施工作人員從600人驟增到1800人。1986年5月,剛剛組裝好的暴風雪號開始進行電子系統的測試。8-9月開始進行能源號火箭的發射試驗。

在暴風雪號真正上天之前,蘇聯共進行了140餘次飛行試驗,其中包括近70次自動著陸試驗。

首飛成功

真正的軌道飛行是在1988年11月15日,承擔任務的是OK-1K1。格林尼治時間3點,OK-1K1由能源號火箭從拜科努爾發射場2號發射台發射升空,進入一條近地點247公里,遠地點256公里的軌道。這是一次無人測試飛行,所以太空梭的生命保障系統沒有運轉,其上也沒有安裝任何軟體。由於計算機存儲能力的限制,暴風雪號只環繞地球飛行了2圈,3小時25分鐘後成功返回地面。有傳言說這次飛行使OK-1K1遭受的損傷無法再恢復,OK-1K1也不能重返太空;但此說法未被官方證實。

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這次自動飛行的難度顯然要比美國1981年哥倫比亞號太空梭有人駕駛的首航大得多。暴風雪號配備有小型引擎,可以在一定程度上實現有動力返航,如果第一次著陸失敗還可作二次飛行;它還可以通過機翼舵面調整飛行姿態,著陸時機動性也比美國的太空梭強。

從第一次飛行執行的任務看,這顯然不是計畫中唯一的一次無人飛行試驗,因為這次飛行連最重要的生命保障系統都沒有測試。自動飛行是很成功的,它順利抵抗住了速度達每小時34千米的側風,降落後機身中線與跑道中線距離只有5英尺。這意味著即使是在發射時間上已落後於美國的太空梭領域,前蘇聯的航天技術仍然是世界一流的。

暴風雪號的成功首飛給各國帶來了很大影響,人們期待著它能夠早日作載人飛行。同年,前蘇聯發行了一枚以暴風雪號為主題的郵票。

優異性能

“暴風雪”號在某些技術方面優於美國的太空梭,主要表現在:

(1)太空梭上的主發動機是在“能源”號火箭上,大大地減輕了太空梭的入軌重量。雖然它比美國的太空梭略大了一些,但它的重量反而減輕了約5噸,這樣就可以多裝一些有效負荷。

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(2)“能源”號火箭可以一箭多用,既可以發射太空梭,也可以發射別的太空飛行器,適應了當時蘇聯太空軍備競賽的需要。而且“能源”號火箭可以分段回收,重複使用,提高效益。

(3)“能源”號火箭一、二級均採用液體推進劑,因而火箭的可靠性較高。而且“暴風雪”號太空梭萬一發生故障,可用自身的機動發動機使太空梭進入較低的軌道或立即返回發射場,大大提高了太空梭的安全性能。

(4)“暴風雪”號太空梭上雖然沒有主發動機,但有兩台小型機動發動機,著落時如果第一次著落不成,還可以像普通飛機一樣拉起來,再次進行著落,安全性能比較高。

(5)“暴風雪”號在軌道運行時,完全依靠無人自動駕駛,其技術難度更大。

計畫終結

1988年首飛後,用於暴風雪計畫的資金瀕臨耗盡:僅僅是開發太空梭系統本身就花費了13億盧布之巨,整個項目的開銷超過了200億盧布。而前蘇聯當局也逐漸考慮起龐大的投資與發展太空梭帶來的益處之間的關係。暴風雪計畫在某種意義上加速了蘇聯的瓦解;而蘇聯解體後,昔日的計畫更是徹底失去了經濟支持。1991年,蘇聯軍方停止了對該計畫的撥款支持。1993年,暴風雪太空梭機身的設計者,莫爾尼亞聯合體被迫承認,暴風雪計畫就此結束。他們希望能夠轉向開發其他小型航天設備,但因資金不足,只能作罷。

自1988年至今,暴風雪號太空梭沒有再進行過太空飛行,和平號空間站只能利用一次性飛船和美國太空梭作為往返工具。按原計畫,第二架太空梭將於1991年首飛,第3架則是在1992年建造完成,而首次載人飛行將在1994-1995年間進行。但由於政治和經濟原因,這一切都沒有實現。所有太空梭只能存放在庫房中,任灰塵飛揚,儀器老化。而未完工的兩架則已在90年代中期被拆解。

2002年,暴風雪號太空梭中可以飛行的一架連同能源號火箭一道,因拜科努爾的廠房坍塌而被摧毀。至此暴風雪計畫在淒涼慘澹中徹底終結。

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