红色夕阳-苏联暴风雪号航天飞机小史

红色夕阳-苏联暴风雪号航天飞机小史

2008年春日的一天,在德国科隆平静的莱茵河河面上,突然出现了一架体型硕大的白色飞机。当她被固定在一条驳船上,缓缓通过科隆市区,通过霍亨索伦大桥时,成千上万路过的科隆市民驻足在桥边,岸边,不停地用新奇的目光目送着这个白色怪物缓缓驶过。而她身上那巨大醒目的德文标识“Technik Museum Speyer”(施派尔科技博物院)则在告知路人她此次旅途的终点。

而就在此时,科隆当地报纸《Kölner Stadt Anzeiger》则刊登出了这样一条简讯:

“Die ausgemusterte russische Raumfähhre 'Buran' hat am Dienstag Köln erreicht。”

(退役的俄罗斯航天飞机暴风雪号已于星期二抵达科隆)

一条简讯,一笔带过这架航天飞机最终的命运,而它却曾经见证了一个超级大国航天事业最后的辉煌与疯狂。

一. 不甘人后

70年代中期美苏之间的太空争霸已经进入到了白热化阶段。苏联虽然先声夺人,成功完成人类首次人造卫星发射任务,首次载人航天发射任务以及首次太空漫步任务,在太空竞赛的早期遥遥领先,但美国凭借其更为雄厚的国力,逐步开始反超。70年代阿波罗计划的成功实施终于让美国占据了太空争霸的制高点,相形之下,苏联虽然有成功的“礼炮”系列空间站,但在同等领域内,其相对疲弱的国力已经越来越难以保证其对美国的优势。不过,现实中的困境并没有让苏联人却步,他们依然尝试着在太空事业上再一次超越自己的老对手。

早在冷战之初,太空飞机(Spaceplane)的概念就已经出现。由于普通的太空飞船仅仅只能作单次使用,由此产生的巨大成本令人望而却步。因此在人类太空事业刚刚起步时期,就产生了建造可重复使用载人飞船的想法。早在1957年,美国波音公司就推出了“X-20 Dyna Soar" 型验证机。但几年之后就因技术和资金原因而下马

波音公司的X-20型验证机,外形让人想起今日的X-37型验证机

而对对手的一举一动一向十分敏感的苏联,也推出了相同概念的技术验证机-米格105螺旋太空飞机(Спираль)。

今日摆放与俄国中央空军博物馆的米格105的11型验证机,也是唯一一架制造完成,并进行飞行试验的验证机

不过苏联人毕竟慢了半拍。在X-20计划被取消两年后,米格105的研制工作才正式开始。与美国对波音X-20计划的态度不同,苏联人对这种外形小巧的太空飞船热情很高。整个计划在经历1969年的短暂停顿后,一直持续到了1978年。甚至在得到美国开始研制航天飞机(Space Shuttle)的情报后,苏联当局甚至计划对米格105进行技术强化,用以回应美国的航天飞机计划,这当然有成本方面的考量,而且此时苏联的航天科研力量基本都是向太空站建设上倾斜。

直到美国的“企业号”(Space Shuttle Enterprise,编号OV-101)与“挑战者”号(Space Shuttle Challenger,编号OV-009,原本是作为测试平台使用)的全貌被苏联情报部门得知,苏联当局才最终放弃米格105这一落后而不实用的计划。首架航天飞机“企业号”虽然只在70年代末进行了几次滑行,背负飞行和自由飞行测试,从未真正进入太空,但其新颖的外形依然让苏联同行震撼不已。现实中的差距让苏联人开始再次发力,在太空竞赛的末期做最后一次冲刺。

二. 迎头追赶

1976年,当时的苏联国防委员会下达了研制航天飞机的指示,并责成当时新成立的苏联莫尔尼亚联合体负责航天飞机的总体设计,同时联合苏联 中央空气流体动力研究院(Центра́льный аэрогидродинами́ческий институ́т,简称ЦАГИ),第一试验设计局(опытно-конструкторское бюро 1, 简称ОКБ-1,由科罗廖夫创立)负责整个项目工作,同时整个计划规模颇为可观,苏联许多功勋级的科研专家都参与其中,其中就包括第一试验设计局的总设计师瓦伦丁·格鲁什科(Валенти́н Петро́вич Глушко́)以及副总设计师鲍里斯·切尔托克(Бори́с Евсе́евич Черто́к ),这两位算是苏联航天领域泰斗级人物,都曾是科罗廖夫最亲密的战友。此外很多来自米亚西舍夫,米高扬等知名设计局的工程师也都参与进来。

在一起共事的切尔托克(左)与格鲁什科(右)

虽然上文所述的米格105计划已于1978年被取消,但米格105的一些经验与设施还是被用在了苏联航天飞机前期的验证工作。1982年至1984年,根据米格105.11型验证机为基础制造的БОР-4模型(米格105的1:2比例模型,一共制造了7架)先后成功发射5次,以作先期试验之用,这期间积累的技术经验对之后开展的航天飞机研制工作助益颇多。之后,重新进行设计的1:8比例模型БОР-5(一共制造了5架)被制造出来,又先后进行了5次发射并成功回收。同时还先后制造了85个不同比例的模型用于风洞与静力实验。

БОР-4模型,外形设计直接参照了米格105

БОР-5(502号)模型,外形已经具备具有航天飞机的特征

有了之前苏联几十年的航天科研经验做基础,苏联航天飞机前期的设计与研制工作进行的颇为顺利。从БОР-5开始,整个苏联航天飞机计划被命名为“暴风雪”(Бура́н,此亦用来命名苏联的首架航天飞机)。就在БОР-5还在进行紧张的发射试验之际,1983年至1984年间,用于静态测试的БТС-001 (或ОК-МЛ-1)与空中测试的БТС-002(或ОК-ГЛИ)同比例验证机被制造出来。

暴风雪号航天飞机结构图

保存于莫斯科高尔基公园内的БТС-001验证机(尾部未装有喷气发动机)

出厂时的БТС-002型验证机,技术人员与其合影留念

在1997年莫斯科航展上展出的БТС-002型验证机(用于空中测试,尾部安装有四台喷气发动机)

单从验证机БТС-002来看,苏联版本的航天飞机与美国的航天飞机极为相似。无论是从机体,机翼,尾翼,舱室等等来看,二者都像是一母同胞的亲兄弟(这也成为后世争论暴风雪号在设计上是否抄袭美国提供了谈资),不过细心的人们还是能发现二者设计上的不同,最明显的差异就是尾部。美国的航天飞机,从试验性的企业号到后来的奋进号,在尾部都拥有几个硕大的火箭自主推进器喷管。而БТС-002并没有在尾部安装主推进引擎,除了两具用于调整轨道姿态的小型推进引擎外,БТС-002则装有四台涡轮喷气发动机(而首架发射升空的暴风雪号则是两台)。换句话说,暴风雪号航天飞机与美国航天飞机最大的不同,就是其理论上具有像普通喷气式飞机一样自由起降的能力。这一独特的设计使苏联的航天工程师们坚信,暴风雪的安全性与整体机动性要大大高于美国航天飞机(即在发射时遇到事故可以及时脱离火箭并自主降落,在地面着陆遇到突发情况时亦可以做二次飞行)。而相比美国航天飞机,暴风雪号的体量更大,货舱更为宽敞,其总体效费比亦在美国之上。

此外,与美国航天飞机拥有专属的燃料外储箱(Space Shuttle External Tank)不同,暴风雪号在发射时是直接被安装在名叫“能源”(Энергия,由第一试验设计局设计)的运载火箭上,这种运载火箭虽然外形上酷似作为美国航天飞机配件存在的外储箱,但他却可以在执行航天飞机发射任务之外,亦可以作为单独的运载火箭使用。这一设计不光提高了航天飞机发射的安全性,还在很大程度上降低了航天发射的成本。而在一,二级火箭均采用液体染料推进剂,也提高了火箭发射的可靠性

能源号火箭线条图

与美国的航天飞机类似,苏联也采用大型运输机“驮运”的方式对航天飞机进行运输。早期是采用米亚西舍夫设计局在原M-4型轰炸机的基础上专为暴风雪研制的VM-T型大型运输机。但因为VM-T整体技术落后,可靠性也不佳,在首架暴风雪号发射之前即退役。之后由安东诺夫设计局设计建造了起飞重量更大,可靠性更高的超大型运输机,这就是闻名于世的安225梦幻运输机。

装载在VM-T背上的БТС-001型验证机

装载暴风雪1.01号机的安225运输机

三. 最后的辉煌

在接连建造了8架用于静态测试的验证机,并由БТС-002成功完成所有空中气动飞行测试之后(该型机一共进行了140多次飞行试验,70多次自动着陆试验),暴风雪前期研制的种种技术难关被相继攻克。1986年,第一架暴风雪号航天飞机1.01号机(Изделие 1.01)建造完成,而就在这一年,美国的挑战者号航天飞机在发射升空之际解体坠毁。1988年11月15日UTC时间3点,暴风雪号在拜科努尔基地进行了首次发射,并取得了成功。

暴风雪号发射与返回流程图

1988年11月15日,暴风雪1.01号机被树立在位于拜科努尔的发射台上

降落时的暴风雪1.01号机,旁边是伴飞的米格25截击机

在预定轨道环绕地球两周后,暴风雪号安全返回地面。值得一提的是,此次发射任务没有搭载航天员,机舱内也没有安装生命维持系统。事实上,这是一次无人自动飞行,暴风雪返回地面时完全依靠自身的动力完成了自动返航与着陆,这无疑要比美国哥伦比亚号航天飞机的首航技术难度要大。虽然暴风雪号的首秀比美国首架成功发射的航天飞机哥伦比亚号晚了8年,而且整个发射任务仅仅持续了两个多小时,很多技术细节还不尽完善,但此次成功的发射至少证明在航天飞机领域,苏联的航天科研实力完全不逊于美国,并且完全有能力后来者居上。

可惜的是,天不遂人愿。原本已经实现的首航居然成为整个暴风雪计划的绝唱。苏联越来越糟糕的经济内政形势与疲弱的国力越来越无法支撑过于庞大的航天工程,到暴风雪号首次发射之时,整个项目已经耗资200多亿卢布,严重的超支情况迫使苏联当局暂时搁置雄心勃勃的暴风雪计划,原本计划中的载人发射任务(基本被定于90年代)被束之高阁,新一代航天飞机“小鸟”号(Птичка,代号Изделие 1.02,原被命名为暴风雪1.02)与“贝加尔号”(Байкал,代号Изделие 2.01,原被命名为暴风雪2.01)在即将建造完成之际戛然而止。

静静停在莫斯科茹科夫斯基飞行博物馆的贝加尔号航天飞机

四. 夕阳余晖

而谁又能想到,在暴风雪号首航三年之后,苏联轰然解体,红色航天事业就这样被划上了休止符。而经历了休克治疗后经济形式日益窘迫的俄罗斯联邦也最终于1993年彻底取消了整个暴风雪计划。暴风雪号永远失去与美国航天飞机一较高下的机会。之后几年,剩余的暴风雪号(包括各型验证机和未完成的小鸟号与贝加尔号)及其试验模型则分散在俄罗斯与哈萨克斯坦两国境内,在经受一番风吹日晒的折磨之后,运气好的被俄罗斯当局修复并在博物馆妥善保存,或者被出售到其他国家的博物馆展出。本文开头描述的那架暴风雪,就是当年进行空气动力试验的БТС-002号验证机,她于2008年被最终卖给了德国科隆的施派尔科技博物馆,在那里度过余生。

被保存在施派尔科技博物馆的БТС-002号验证机

同样被保存在施派尔博物馆内的БОР-5(502号)1:8比例模型

运气不好的,就只能被遗弃在室外,任凭风雨摧残而残破不堪。而唯一作为首秀发射进入太空的1.01号机,却在2002年拜科努尔机库倒塌事件中,连同未完工的小鸟号以及一座能源号火箭模型被压毁。小鸟号后来被移送至拜科努尔太空中心的组装大楼,而1.01号机则被彻底摧毁。

2002年机库倒塌事件中被彻底摧毁的暴风雪1.01号机

而在机库倒塌事件将近10年后,2011年7月23日,随着美国亚特兰蒂斯号航天飞机的返航并,美国的航天飞机计划亦全部结束,仅存的三架航天飞机全部退役。从1981年哥伦比亚号首航,到2011年亚特兰蒂斯号返航,30年的时间里,美国航天飞机的历史不可谓不辉煌,但其安全性与经济性也是广遭质疑。30年间,挑战者与哥伦比亚号先后坠毁,14名航天员殉职,而居高不下的发射成本终于令美国意识到航天飞机这种原来旨在通过重复使用来节约成本的概念,不过是人们的一厢情愿。

当年参与暴风雪计划的苏联功勋工程师们,很多都已经作古,亦有不少享受着平静的退休生活。作为当年苏联航天事业最后辉煌的见证者,曾参与暴风雪计划的鲍里斯·切尔托克在苏联解体后继续在第一试验设计局(后更名为科罗廖夫能源火箭航天集团),不久退休。而他一同参与计划的瓦伦丁·格鲁什科则在暴风雪1.01号机成功发射的次年,即1989年去世。

参加暴风雪计划纪念活动的切尔托克

晚年的切尔托克笔耕不辍,他花费多年事件完成一套四卷本介绍苏联航天史的历史丛书《火箭与人》(Ракеты и люди),算是对苏联那段波澜壮阔的航天事业的一点祭奠。该套丛书还被美国NASA授权翻译成英文并在美国出版,引起了一定的反响。

闲暇时分,切尔托克还经常会到莫斯科克林姆林宫红场墓园散步,每每走到自己的老师,老上司和亲密战友科罗廖夫的墓前,他都会驻足凝思片刻。

1999年12月14日,切克托尔以99岁高龄离世。上天赐予了他高出常人的寿命,但他所毕生奉献的事业,整个苏联那波澜壮阔的航天事业,却结束的太过仓促。

编辑于 2017-11-23