暴風雪号航天飛機

暴風雪号航天飛機

蘇聯航天飛機
1988年11月15日,前蘇聯的暴風雪号航天飛機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公裡的圓形軌道。它繞地球飛行兩圈,在太空遨遊三小時後,按預定計劃于9時25分安全返航,準确降落在離發射點12公裡外的混凝土跑道上,完成了一次無人駕駛的試驗飛行。暴風雪号航天飛機大小與普通大型客機相差無幾,外形同美國航天飛機相仿,機翼呈三角形。機長36.37米、高16.35米,翼展23.92米,機身直徑5.6米,起飛重量105噸,返回後着陸重量為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,将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。
    中文名:暴風雪号航天飛機 外文名: 别名: 英文名:The space shuttle buran 國家:蘇聯 首飛日期:1988年11月15日 重量:105噸 直徑:5.6米 翼展:23.92米 機長:36.37米 機高:16.35米

簡介

暴風雪号航天飛機大小與普通大型客機相差無幾,外形同美國航天飛機相仿,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,返回後着陸重量為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,将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。

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并準确降落在狹長跑道上,其難度要比1981年美國航天飛機有人駕駛試飛大得多。首先,暴風雪号的主發動機不是裝在航天飛機尾部,而是裝在能源号火箭上。這樣就大大減輕了航天飛機的入軌重量,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,暴風雪号着陸時,可用尾部的小型發動機做有動力的機動飛行,安全準确地降落在狹長跑道上,萬一着陸姿态不佳,還可以将航天飛機升起來進行第二次着陸,從而提高了可靠性。而美國航天飛機靠無動力滑翔着陸隻能一次成功。第三,暴風雪号能像普通飛機那樣借助副翼、操縱舵和空氣制動器來控制在大氣層内滑行,還準備有減速制動傘,在降落滑跑過程中當速度減慢到50公裡/小時時自動彈出,使航天飛機在較短距離内停下來。

螺旋計劃

有翼航天器的先鋒當屬60年代初在著名工程師洛吉諾洛金斯基領導下研制的“50-50計劃”,也稱“螺旋”計劃。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制“50-50”計劃,其中的“50号産品”為單座軍用空天飛機,而“50-50”号産品”為高超音速載機。“50”這一數字表示為即将到來的偉大十月革命50周年獻禮,并計劃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制,它應在極大的速度(M5.5~6)和24~30公裡的高度上釋放這架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噸重的聯盟火箭隻能将發射重量的2.5%送上太空,返回地球的隻有2.8噸重的着陸器。同時,“螺旋”不光能返回,它還可以再次飛行,而且無需航天發射場。當時制造了試驗型軌道飛機,并進行了首批計劃内的飛行。在返回大氣層時,它就像飛機一樣,可在半徑為600~800公裡的範圍内選擇着陸點。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隻是作為技術驗證平台。

1967年開始制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,代号“105.11”的模型用于亞音速大氣層試驗,“105.12”用于超音速研究,“105.13”用于高超音速研究,但這一項目于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“天方夜談”。1974年6月30日,在火箭發動機專家格魯什科的支持下,“螺旋”計劃恢複實施,并拟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”試驗機從圖-95KM型機上在5000米高度上的第一次投放,總共進行了8次試飛,從而确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,采用升力體式機身,前部較大并向上翹起,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。在再入大氣層并将速度降低到亞音速後,機翼轉至水平狀态,從而增加了升力。機身、機翼和巨大垂直尾翼的後掠角度分别為78、55和60度。“米格-105”安裝有科列索夫研制的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确機動。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,但空天飛機的研制工作仍在繼續進行。

在70年代初,美國研制了“太空梭”軌道飛機,也就是目前正在使用的航天飛機。這一時間,前蘇聯也開始制造自己的“太空梭”,即“暴風雪”号航天飛機。為研究從軌道返回時防熱問題,設計者還研制了“布拉風-4”無人駕駛試驗器,以“宇宙”系列的代号完成了4次軌道飛行,時間分别為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。于是,後兩架“布拉風”均着陸于克裡米亞海區。“暴風雪”号于1988年11月15日發射升空,并完成了極其精确的自動着陸。暴風雪号首航成功,按計劃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,航天計劃撥款急劇減少,于是,“暴風雪”号也就成了“多餘之物”。

地面測試

最初,暴風雪承擔的角色是航天武器和空間站(尤其是日後的和平号空間站)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拟技術薄弱而作的。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号分别為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。

飛行測試始于1983年,但最開始隻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****”為編号。

1985年,暴風雪号的機翼運抵拜科努爾。同年還進行了能源号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;随後的測試還發現了液氦洩露等問題。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。别的不論,單是暴風雪号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号開始進行電子系統的測試。8-9月開始進行能源号火箭的發射試驗。

在暴風雪号真正上天之前,蘇聯共進行了140餘次飛行試驗,其中包括近70次自動着陸試驗。

基本資料

最大質量:105噸

有效載荷:30噸

着陸質量: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

着陸速度: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:清理發射台

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:暴風雪号進行42秒變軌機動,抵達高度250千米的軌道

首次飛行

真正的軌道飛行是在1988年11月5日,承擔任務的是OK-1K1。格林尼治時間3點,OK-1K1由能源号火箭從拜科努爾發射場2号發射台發射升空,進入一條近地點247公裡,遠地點256公裡的軌道。這是一次無人測試飛行,所以航天飛機的生命保障系統沒有運轉,其上也沒有安裝任何軟件。由于計算機存儲能力的限制,暴風雪号隻環繞地球飛行了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複,OK-1K1也不能重返太空;但此說法未被官方證實。

這次自動飛行的難度顯然要比美國1981年哥倫比亞号航天飛機有人駕駛的首航大得多。暴風雪号配備有小型引擎,可以在一定程度上實現有動力返航,如果第一次着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态,着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,降落後機身中線與跑道中線距離隻有5英尺。

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

計劃終結

1988年首飛後,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。而前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;而蘇聯解體後,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,隻能作罷。

自1988年至今,暴風雪号航天飛機沒有再進行過太空飛行,和平号空間站隻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,第二架航天飛機将于1991年首飛,第3架則是在1992年建造完成,而首次載人飛行将在1994-1995年間進行。但由于政治和經濟原因,這一切都沒有實現。所有航天飛機隻能存放在庫房中,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,暴風雪号航天飛機中可以飛行的一架連同能源号火箭一道,因拜科努爾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。

研制曆史

早在太空時代之前,就有人讨論過建造可重複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将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将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旋(Spiral)号,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,美國制定了研制航天飛機的計劃,并将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,但蘇聯當局則将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。蘇聯人将其取名為“暴風雪(Buran)”。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重型運載火箭能源号(Energia)。它可以用來發射暴風雪号航天飛機,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。暴風雪号自身沒有主推進引擎,隻有兩個小型引擎供調整軌道姿态用,起飛時它可以看作是能源号火箭的載荷。很多人認為,這一設計實際上要優于美國的航天飛機,因為如此做法将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台的過程中,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,分别由米高揚、米亞西舍夫、切諾梅等設計局提出,各方案差别非常大,其中包括改良螺旋号飛船,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,這是為了使其更适合高速大迎角飛行;最後的着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。

拜科努爾發射場為暴風雪号航天飛機和能源号火箭建造了3座發射台,但3号發射台從未使用過。

暴風雪号的設計要求是可使用100次以上,能夠将30噸有效載荷送入200千米高、傾角50.7度的地球軌道;标準機組成員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。在暴風雪号航天飛機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号的設計任務之一。同時研制暴風雪号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号的運輸問題專門設計了安-225“夢幻(Mryia)”大型運輸機。安-225于1985年開始設計,1989年首次背負暴風雪号飛行,是目前已有的體積最大、載重能力最強的飛機,迄今隻生産了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%。

優異性能

“暴風雪”号在某些技術方面優于美國的航天飛機,主要表現在:

(1)航天飛機上的主發動機是在“能源”号火箭上,大大地減輕了航天飛機的入軌重量。雖然它比美國的航天飛機略大了一些,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。

(2)“能源”号火箭可以一箭多用,既可以發射航天飛機,也可以發射别的航天器,适應了當時蘇聯太空軍備競賽的需要。而且“能源”号火箭可以分段回收,重複使用,提高效益。

(3)“能源”号火箭一、二級均采用液體推進劑,因而火箭的可靠性較高。而且“暴風雪”号航天飛機萬一發生故障,可用自身的機動發動機使航天飛機進入較低的軌道或立即返回發射場,大大提高了航天飛機的安全性能。

(4)“暴風雪”号航天飛機上雖然沒有主發動機,但有兩台小型機動發動機,着落時如果第一次着落不成,還可以像普通飛機一樣拉起來,再次進行着落,安全性能比較高。

(5)“暴風雪”号在軌道運行時,完全依靠無人自動駕駛,其技術難度更大。

坎坷命運

2008年3月,德國一博物館以1000萬歐元的價格購得一架蘇聯暴風雪航天飛機。“暴風雪”号航天飛機曾經是蘇聯航空工業的一大驕傲,然而,令無數俄羅斯人感到萬分沮喪的是,其中一架最後的歸宿地卻是在數千公裡之外的德國施派爾(Speyer)城--當地的技術博物館已經以1000萬歐元的價格購得了一架“暴風雪”号航天飛機。施派爾城技術博物館館長賴耶爾表示,他們其實早以做出了購買“暴風雪”号的決定。但這一決定的實施過程卻并不簡單。曾負責研制這架航天飛機的俄“閃電”科學生産聯合公司一直在采取各種措施從其身上“撈錢”。

“暴風雪”号先是被運到澳大利亞進行展出,但澳方并未向“閃電”公司支付事先承諾的費用。在經曆了多次波折後,“暴風雪”号終于在位于波斯灣的巴林找到了一個臨時的“栖身之地”,“閃電”公司重新獲得了對這架航天飛機的支配權。經過談判,俄方終于同意以1000萬歐元的價格将其出售給德國人。不過,被運往德國的“暴風雪”号并不是于1988年11月15日飛向太空的那艘,而是與後者在尺寸和性能上幾乎完全相同的試驗模拟機,正式編号為“BTS-02”。前蘇聯曾利用該機實施過多次自動和手動模式下的滑跑、起飛和降落試驗。“BTS-02”總共完成了24次飛行,累計升空時間為8小時。

俄方代表對這筆交易相當滿意。“閃電”公司一負責人表示,德國人完全履行了自己的義務。他同時透露,“閃電”公司正考慮重新啟動可重複使用宇宙飛船的生産工作。當然,新産品将不會是“暴風雪”的簡單複制品。德國施派爾城技術博物館館長介紹說,購買“暴風雪”号花費的1000萬歐元不僅包括了運輸費用,而且還包括為其修建專門機庫的開銷。機庫的建造工作正在加緊進行之中。按照計劃,運送“暴風雪”号的貨輪将于本月底抵達荷蘭的鹿特丹港。之後,航天飛機将由陸路運抵目的地。

據悉,長度達36米、發射重量超過100噸的“暴風雪”号航天飛機将成為施派爾城技術博物館中最大的展品。“暴風雪”号航天飛機大小與普通大型客機相差無幾,外形同美國航天飛機相仿,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,返回後着陸重量為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,将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。

建造數量

蘇聯總共建造過5架用于開展飛行活動的“暴風雪”航天飛機,分别為:

項目編号:1.01,“暴風雪”号--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。所有權歸哈薩克斯坦。

項目編号:1.02,“小鳥”号--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”号空間站實施對接。所有權歸哈薩克斯坦,被拜科努爾航天發射場博物館收藏。

項目編号:2.01,至停工前隻完成了30-50%。

項目編号:2.02,隻完成了10-15%。

項目編号: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,德國博物館此次購買的便是其中的一架。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。

現狀

由于俄羅斯窮困潦倒。“暴風雪”号一直被封存着。但是随着國際商業衛星發射市場的繁榮,和國際空間站建設的推進,俄羅斯航天部門考慮重新讓“暴風雪”号出山。

據今天早晨來自拜科努爾航天中心的消息,為重振航天大國的雄風,俄羅斯打算重新啟用前蘇聯時期建造的“暴風雪”号航天飛機。

上周,俄羅斯國家航天公司——能源聯合體向一些西方航天工程技術人員展示了一直被封存的“暴風雪”号。能源聯合體表示,“暴風雪”号一切情況良好,可以重新上天。

能源聯合體駐拜克努爾中心發射業務負責人列昂尼德·格魯什克表示:“我們的航天飛機是有前途的,暴風雪号是世界上唯一能夠攜帶100噸有效載荷的航天器,如果用更強的火箭,它可以攜帶200噸有效載荷。它是無可替代的。西方國家的火箭最多能攜帶20噸多一點的有效載荷。”

能源聯合體一共制造過兩架“暴風雪”号和三枚助推火箭。當蘇聯解體以後,能源聯合體卻繼續得到财政撥款,這是因為俄羅斯軍方認為,“暴風雪”号有潛力在導彈防禦體系中發揮關鍵作用。盡管如此,在這10多年裡,“暴風雪”隻得到了一點防熱塗料而已。如果重新把“暴風雪”号投入使用,并且每年發射30次,需要雇傭30000人。

當年為“暴風雪”号建造的設施,現在向西方航天人員開放,他們在這裡與俄羅斯同行合作,用“質子”号火箭發射商用衛星。而原先用來讓“暴風雪”号降落的4.5公裡長的跑道,也被用來給運送大型衛星的俄羅斯安東諾夫運輸機起降。“暴風雪”号配套的設備和設施目前仍然完好,用來發射的火箭也存放在倉庫裡。重新發射的準備時間隻要幾天。

能源聯合體認為,由于國際空間站的建設,需要運輸很多巨大的設備和太空艙上天,這正是暴風雪号大顯身手的機會,說:“我們一直夢想着這個時代的到來。”

俄羅斯赫魯尼科夫航天發射公司是能源聯合體的競争對手,他們對“暴風雪”号複出卻是很鼓勵的,赫魯尼科夫公司總經理認為應當讓更多俄羅斯企業在平等基礎上同西方競争。他說:“1990年我們還沒有什麼業績,但是現在我們已經有充足的業績來展示我們的力量。”在過去17個月裡,“質子”号進行了17次成功發射,為俄羅斯掙了一億美元。

不過“暴風雪”号複出,看準的不僅僅是衛星發射和空間站建造。太空旅遊也是一個被看好的市場,特别是前段時間美國富翁丹尼斯為了到太空裡爽一把,竟然肯掏2000萬美元給俄羅斯,在他的“事迹”鼓勵下,沃爾特·迪斯尼公司正在打算把“真人秀”搬到太空裡去演播。所以盡管美國航宇局竭力反對,俄國人是一定要搶先開發太空旅遊市場的。

“暴風雪”号航天飛機長36米,起飛重量75噸(不包括攜帶的貨物),可載10名宇航員。1988年11月15日進行了第一次,也是迄今為止唯一的一次發射。飛行3小時後成功返回。1993年,“暴風雪”号飛行計劃正式取消,飛機和相關設施封存至今。

上一篇:2008年中國雪災

下一篇:三角線

相關詞條

相關搜索

其它詞條