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暴風雪號航天飛機

暴風雪號航天飛機,是蘇聯唯一一架真正完成建造及發射的航天飛機。暴風雪號航天飛機外形與美國航天飛機相似,機翼呈三角形。

暴風雪號航天飛機于1988年11月15日從拜科努爾航天發射場首次發射升空,47分鐘后進入距地面250公里的圓形軌道。暴風雪號繞地球飛行兩圈,在太空遨游三小時后,按預定計劃于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。

由于暴風雪號耗資巨大,加上1991年蘇聯解體,暴風雪號計劃正式宣告結束。之后暴風雪號航天飛機和能源號火箭存放在拜科努爾航天發射場的廠房里。2002年,暴風雪號因拜科努爾的廠房坍塌而被摧毀。

中文名稱暴風雪號航天飛機英文名稱The Space Shuttle Buran
研制國家蘇聯發射場拜科努爾航天發射場
運載工具能源號運載火箭首次發射1988年11月15日
末次發射1988年11月15日發射次數1次

主要外形與技術參數

暴風雪號航天飛機,外形與美國航天飛機相似,比美國航天飛機略大。暴風雪號航天飛機長36.37米,高16.35米,翼展23.92米,最大起飛質量105噸,返回后著陸重量為82噸。暴風雪號有一個長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。

暴風雪號航天飛機效果圖 

圖:暴風雪號航天飛機效果圖

暴風雪號航天飛機由軌道器和運載火箭組成。軌道器的外形與美國航天飛機軌道器相似,但軌道器上沒有起飛時使用的主發動機,因而有更大的密封座艙容積和有效載荷量,可容納10名航天員,可將30噸貨物從地面帶到太空,將20噸貨物從太空帶回地面,最長可在太空飛行30天,返回時可機動飛行,有更大的著陸時間和空間選擇。

暴風雪號航天飛機(右)與美國挑戰者號航天飛機外形對比

圖:暴風雪號航天飛機(右)與美國挑戰者號航天飛機外形對比

運載暴風雪號航天飛機軌道器的是能源號運載火箭。這種火箭是在N-1運載火箭的基礎上研制的,是迄今已使用過的火箭中最大的火箭。它由芯級加液體助推器組成,根據不同大小的載荷使用不同數量(4-8枚)的助推器,最大有效載荷可達270噸。發射暴風雪號航天飛機軌道器時使用4枚助推器。與其它火箭發射航天器時的情形不同,暴風雪號航天飛機不在火箭的頂端,而是馱載在火箭的側身上。在這里,能源號運載火箭大致相當于美國航天飛機的外貯箱和固體火箭助推器。

發射流程

倒計時30分:清理發射臺

倒計時11分:發射系統開始自檢

倒計時8秒:能源號火箭主發動機點火

倒計時0秒:助推發動機點火,發射升空

發射后150秒:助推火箭分離

發射后480秒:推進火箭燃盡,落入太平洋

發射后47分:暴風雪號進行42秒變軌機動,抵達高度250千米的軌道

與美國航天飛機的區別

雖然暴風雪號航天飛機在原理、外形、大小等與美國航天飛機大致相同,但也有部分區別:

1、主發動機

暴風雪號的主發動機不是裝在航天飛機尾部,而是裝在能源號運載火箭上。這樣就大大減輕了航天飛機的入軌重量,同時可以騰出位置安裝小型機動飛行發動機和減速制動傘。雖然暴風雪號比美國的航天飛機略大了一些,但暴風雪號的重量反而減輕了約5噸,這樣就可以多裝一些有效負荷。

美國航天飛機的主發動機是安裝在航天飛機的尾部,航天飛機與外掛燃料箱相連,發射時啟動,并在助推器分離后繼續工作直至入軌。

2、著陸方式

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,還可以將航天飛機升起來進行第二次著陸,從而提高了可靠性。

而美國航天飛機靠無動力滑翔著陸,只能一次成功。

3、著陸速度

美國航天飛機的著陸速度為213-226千米/小時(使用減速傘);蘇聯暴風雪號航天飛機的著陸速度為310-340千米/小時,不難看出,在此方面美國優于蘇聯。

4、機械臂

美蘇航天飛機均裝有機械臂,不過美國的機械臂可回收軌道上的衛星和釋放衛星進入空間,蘇聯的則不行,因為其機械臂僅能用于把和平號空間站的1個對接口上的專用實驗艙移到另一個對接口上。

5、對接裝置

暴風雪號航天飛機一開始就設有與空間站對接裝置,原計劃在第2次飛行時就與和平號空間站對接。

而在1995年以前美國沒有空間站,故美國的航天飛機沒有安裝對接裝置,在此期間均是獨自飛行執行各種任務。后來,為了與俄羅斯和平號空間站對接,才增設了對接裝置。

6、逃逸系統

鑒于美國挑戰者號航天飛機慘痛事故,蘇聯暴風雪號航天飛機增設了逃逸系統并決定先進行無人飛行。

而美國航天飛機沒有逃逸系統,哪怕在挑戰者號事故、哥倫比亞號事故之后,也沒有安裝逃逸系統,且美國的航天飛機第一次發射均為載人發射。

暴風雪號與聯盟號運載火箭、美國航天飛機外形對比

圖:暴風雪號與聯盟號運載火箭、美國航天飛機外形對比

研制歷史

早在太空時代之前,就有人討論過建造可重復使用的飛機形航天器了。如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。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復使用的小型飛船螺旋(Spiral)號,它由超音速飛機發射,發射后則由自備的捆綁火箭作動力源。

70年代初,美國制定了研制航天飛機的計劃,并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宇宙飛船和運載火箭,但蘇聯當局則將這一新型航天器視為未來美國搭載核武器的工具,并于1976年決定發展類似的航天器作為對這種“威脅”的回應。蘇聯人將其取名為“暴風雪”。當年米高揚設計局從事螺旋計劃的部分技術人員,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劃。暴風雪的主體由新成立的莫爾尼亞聯合體全權負責研發。

與暴風雪一起研制的是能源號運載火箭,用來發射暴風雪號航天飛機,也可以單獨作為運載火箭使用,這與美國航天飛機設計不同,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Valentin Glushko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于美國的航天飛機,因為如此做法將降低航天飛機的事故率,并可提高其搭載的有效載荷。但在暴風雪與能源火箭對接并運送到發射臺的過程中,采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(有些還早暴風雪計劃)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,其中包括改良螺旋號飛船,使其可以用質子號火箭發射的方案。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;最后的著陸則通過降落傘調整。但最終蘇聯人還是采用了三角翼的設計。

拜科努爾航天發射場為暴風雪號航天飛機和能源號火箭建造了3座發射臺,但3號發射臺從未使用過。

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宇航員。在暴風雪號航天飛機上要能夠進行復雜的軍事研究。抵抗敵對國家的軍事活動也是暴風雪號的設計任務之一。同時研制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。

背負暴風雪號航天飛機的安-225大型運輸機

圖:背負暴風雪號航天飛機的安-225大型運輸機

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大型運輸機。安-225于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1架。它的原形是安-124,但采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(尤其是日后的和平號空間站)運輸工具。航天飛機的建造工作在1980年開始,第一架全尺寸航天飛機模型完成于1984年。據信前蘇聯共建造了數架航天飛機,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,采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(后兩架似未完工),其他都是僅供地面試驗的,有些機身還不是完整的。

暴風雪號航天飛機正在進行組裝測試

圖:暴風雪號航天飛機正在進行組裝測試

 

飛行測試始于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次后報廢了;最后一次飛行測試是在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,但在點火后2.58秒,系統檢測到發動機渦輪出了故障;隨后的測試還發現了液氦泄露等問題。第二次測試是成功的,發動機運行了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。

暴風雪號航天飛機在進行飛行試驗

圖:暴風雪號航天飛機在進行飛行試驗

而暴風雪計劃的弊病也逐漸暴露出來:幾乎所有的研制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,使這里為航天飛機準備的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余次飛行試驗,其中包括近70次自動著陸試驗。

首次發射

暴風雪號航天飛機于1988年11月15日3時00分(UTC時間)在拜科努爾航天發射場2號發射臺發射升空,成功進入近地點247公里,遠地點256公里的軌道。

由于此次任務是無人測試飛行,所以機上生命保障持系統沒有運轉,也沒有為操控臺安裝任何軟件。由于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分鐘后成功返回地面。(有傳言說這次飛行使暴風雪號遭受的損傷無法再恢復,暴風雪號也不能重返太空;但此說法未被官方證實)

暴風雪號航天飛機發射點火瞬間

圖:暴風雪號航天飛機發射點火瞬間

在這次任務中,暴風雪號用時206分鐘圍繞地球飛行兩周。返回地球時,航天飛機在哈薩克拜科努爾航天發射場的跑道上進行了自動降落程序。雖然當時正吹著17米每秒的側風,但航天飛機僅僅比預定向側超出3米及向前超出10米,順利降落。

這次自動飛行的難度顯然要比美國1981年哥倫比亞號航天飛機有人駕駛的首次飛行任務大得多。暴風雪號配備有小型發動機,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航天飛機強。

從第一次飛行執行的任務看,這顯然不是計劃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,降落后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后于美國的航天飛機領域,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,蘇聯發行了一枚以暴風雪號為主題的郵票。

最后的結局

1988年首飛后,用于暴風雪計劃的資金瀕臨耗盡:僅僅是開發航天飛機系統本身就花費了13億盧布之巨,整個項目的開銷超過了200億盧布。而蘇聯當局也逐漸考慮起龐大的投資與發展航天飛機帶來的益處之間的關系。暴風雪計劃在某種意義上加速了蘇聯的瓦解;而蘇聯解體后,昔日的計劃更是徹底失去了經濟支持。1991年,蘇聯軍方停止了對該計劃的撥款支持。1993年,暴風雪航天飛機機身的設計者,莫爾尼亞聯合體被迫承認,暴風雪計劃就此結束。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,暴風雪號航天飛機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航天飛機作為往返工具。按原計劃,第二架航天飛機將于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。但由于政治和經濟原因,這一切都沒有實現。所有航天飛機只能存放在庫房中,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。

暴風雪號航天飛機因廠房坍塌被毀

圖:暴風雪號航天飛機因廠房坍塌被毀

2002年,暴風雪號航天飛機中可以飛行的一架連同能源號火箭一道,因拜科努爾航天發射場的廠房坍塌而被摧毀。至此暴風雪計劃在凄涼慘淡中徹底終結。

建造數量

蘇聯總共建造過5架用于開展飛行活動的航天飛機,分別為:

項目編號:1.01,暴風雪號,是蘇聯唯一一架進行過自動駕駛模式下太空飛行的航天飛機,于2002年5月12日被完全拆解。

項目編號:1.02,小鳥號,原計劃用于實施第二次自動駕駛模式下的太空飛行并與和平號空間站實施對接。被拜科努爾航天發射場博物館收藏。

項目編號:2.01,貝加爾湖號,至停工前只完成了30-50%。

項目編號:2.02,只完成了10-15%。

項目編號:2.03,未完工便被拆毀。

除此之外,蘇聯還建造過8架測試模型,用于進行各種驗證活動,德國一家地方博物館曾以1000萬歐元的價格購買其中的一架。由于在資金方面遭遇巨大障礙,俄羅斯于1993年最終取消了有關“暴風雪”航天飛機的一系列計劃。

暴風雪號航天飛機
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最新更新:2015-08-02 13:51
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