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[转贴] 苏联的火箭动力/空天飞机发展史(图文)

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发表于 2007-5-27 14:06:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
当俄国火箭理论鼻祖齐奥尔科夫斯基在1929年指出,利用火箭可以使飞机摆脱对大气层的依赖,这一理论激发了众多苏联工程人员的灵感。首先是科罗廖夫和加尔什科。这两人对火箭的兴趣可以用狂热来形容。而且他们还得到了苏联高层的重视,在整个30年代从事了一系列的试验型和军用型火箭飞机的研究。然而,事情并非一帆风顺,在之后的斯大林同志清理门户运动中,这两位被送进了劳动营。而此项研究也基本停止。在二战之后,也许是看到德国在相关领域的成就,斯大林同志又把这两位好同志放了出来让他们在缴获的德国相关设备的基础上引进,消化,吸收……
在战后初期,苏联新式飞机的研究主要立足于喷气式发动机,而不是火箭发射的空天飞机。尽管如此,随着弹道导弹技术的发展,火箭飞机应用于空天的设想逐渐占据了设计人员的头脑,第一个是1958-1960代号VKA的项目,结果两位工程人员,马雅斯齐切夫 和 齐宾 利用科罗廖夫 R-7 火箭进行了数次发射试验。再后来, 和坦克等其他项目一样,科技人员之间的斗争随着赫鲁晓夫的上台达到白热化。可赫鲁晓夫又是个导弹爱好者。他彻底推翻了之前的一系列方案,亲自制订了1966-1976雄心勃勃的航天计划。之后,随着美国航天飞机计划的顺利实施,苏联领导人决心研制一种类似的航天器。在这种背景下,之前的 MTKVA 和 LKS 项目纷纷下马,取而代之的是一种和美国航天飞机类似的“暴风雪”航天飞机。
不过,这架暴风雪只试飞了一次,苏联就完蛋了。和它同时代的 MAKS 和空天飞机 MKVS 也一并入土.
接下来我们看看这些飞行机器。
1 科罗廖夫在二战前设想的火箭飞机,类似于Me163,这是他的笔记本上的草图

2 I-270
米格设计局最早是在1944年开始研究德国的Me163B火箭战斗机,可一直到二战结束也没有太大建树。在二战结束后,苏联发现了更先进的Ju-248 (Me-263)战斗机设计图和一架飞机的机体。因此在此基础上,苏联研制成功了气动外形更佳,重量更轻的I-270 ,在1946年12月,在一架图-2的牵引下,第一架原型机Zh-1进行了滑翔试飞。而真正有动力试飞则是在1947年3月,由第二架原型机Zh-2完成的,它装了两台火箭发动机,然而这种发动机的持续燃烧时间不过255秒。它的最大速度是时速936公里。在它试飞的时候,速度更快,性能更优异的喷气机米格-15的研制进入尾声。这种飞机也逐渐失去了军事意义,在一次着陆造成飞机损坏后,这架飞机就再也没有飞行过。

3 RP-318
科罗廖夫在1936年改装的SK-9滑翔机是苏联第一架火箭飞机。它装了一台加尔什科的 ORM-65 发动机,不过后来它证明对于有人驾驶来说太不可靠。于是在1938年加尔什科又研制了ORM-65-2发动机。没想到此后不久,他们就被送到西伯利亚的集中营。这架飞机于 1940年2月28日试飞,飞行员是V P 费多洛甫。滑翔机在 2600米高度 和 80 公里/小时 的速度下释放,发动机点火后速度增加到140 米/秒。RP-318 在战前共试飞了9次。

4 BI-1
Bereznyak-Isayev研制的BI-1高速火箭飞机。斯大林于1941年7月 9日下令制造该机,在三班倒的工作下,35天就制造完毕。然而由于工厂撤退,首飞推迟到了1942年5月2日,而且发动机在地面试车的时候就出现了故障,原因是燃料腐蚀。之后在第7次试飞中该机失事,飞行员死亡。计划的50架产量也被放弃。苏联不得不重新研究德国的技术。
1941年 7月9日,斯大林下令制造。
1942年 5月15日,有动力的原型机首飞。
1943 年1月10日第二次飞行,高度达到1110米
2月10日 第三次 高度2190米
1943年3月11日 第四次 高度4000米
3月14日 高度同上
3月27日 第6次试飞
3月27日 第7次试飞,据说速度达到每小时800公里,但飞机失事,飞行员Bakhchivangi死亡。

5 Malyutka
Malyutka是一种火箭拦截机,设计师是波利卡波夫于1943年设计。它的速度能达到845公里/小时并维持8 到 14 分。而在1944年7月30日该机在建时设计师去世。他虽然有斯大林支持但却有很多敌人,因此在他去世后不久他的设计局就被解散。

6 LL
该机是一种接近音速的火箭飞机,于1945年9月研制成功,共有3架原型机, LL-1 是平直机翼。LL-2是常规后掠翼,LL-3 是前掠翼。 该机首先由图-2牵引,而后打开卡图科夫固体火箭发动机。2号机没有完工,而1号和3号机都进行了大量的试飞工作。

7 346
OKB-2设计局于1946年10月22日成立,他的主管是苏联人别兹雅克,而首席工程师则是德国人汉斯 罗辛。二号设计局的任务是继续研究德国的DFS 8-346超音速火箭侦察机。因此346型机有一副45后掠翼,它的机鼻是树脂制造,飞行员在里面用来观察。使用Walter HWK 109-509C 发动机。1947年3月开始研制。共有4架原型机,和同时代的美国XS-1一样,他们是用缴获的B-29或者图-4运载并释放。 1949年9月30日,进行了首飞。在着陆时由于速度太快而受损,经修复后,在1950年10月继续试飞,然后之后的几次都不太成功,在1951年9月14日,飞机失事,飞行员跳伞逃生,此后,这项计划就被放弃。二号设计局也于1953关闭,所有德国人也被遣返回东德。

8 Samolyot 5
其实就是346型的缩小型,由Pe-8运载的原型机于1949年1月26日首飞,它的速度可达到1200公里/小时,之后,这型飞机的无人型号被应用到了R-1空对空导弹上。(汗……苏联早期导弹都是由有人飞机发展而来)

9 M-42
该导弹由米亚西舍夫设计局研制,为了解决洲际航行中的制导问题,专门增加了一个无线电设备舱。用于更新定位,路点导航等。米亚设计局的导弹代号为Buran(暴风雪),当时还有一个类似的项目和它竞争,即拉沃契金的Burya式超音速巡航导弹。暴风雪巡航导弹还有一个有人驾驶版本,在弹体上有一个座舱,在接近目标的时候飞行员弹射逃生。米亚设计局曾经就人类在该高速物体中的承受能力做了大量试验。
在1957年11月,即暴风雪导弹即将开始它的首飞的时候,米亚设计局的工程下马。因为拉沃契金的Burya导弹捷足先登。苏联最高当局认为没有必要同时发展两种类似的导弹。随着该项目的下马,米亚设计局开始着手研制该导弹的空射型号M-44。
在美苏发展导弹技术的早期,双方都大量利用了德国科学家,因此早期双方的导弹原理大同小异。1946年美国的“竞技神”超音速洲际巡航导弹是利用V-2导弹作为第一级。而苏联在开发R-15巡航导弹的时候,也是利用R-10导弹为第一节。
随着美国那瓦霍超音速巡航导弹和B-52战略轰炸机项目的进展,美国已经有了直接核武攻击苏联的能力,而苏联此时却没有反击手段。斯大林下令研制能用核武攻击美国的手段。首先是图波列夫受命研制战略轰炸机。但他认为喷气式发动机不足以支持飞机进行战略轰炸,因此他使用了德国的涡轮螺旋桨发动机开发出了图-95。不过这时候米亚西舍夫却开发出了米亚-4型喷气式战略轰炸机。最令人惊讶的是它的研制速度--10个月!(要考虑到B-52的研制时间是4年)尽管这种飞机存在着大量问题,迟迟不能真正形成战斗力,可它却的确震慑了西方,也博得了高层的欢心。作为奖赏,在1951年3月24日,高层委员会批准成立第23号米亚设计局,设计改进该型轰炸机。
随着美国那瓦霍巡航导弹计划的进展,苏联的科罗廖夫设计局在 1951到1953年进行了EKR,此时苏联已经在钛合金研制上取得了突破。在1953年一支专家组研究了EKR试验导弹,发现它存在着很多问题。专家组建议该项目由飞机设计师来接手。于是在1954年,苏联当局将EKR研究交给米亚和拉沃契金两个设计局。
苏联设计局其实大部分资料来源都是相同的,因此这也就不难解释为什么许多苏联飞机外形和设备相似了,比如苏-9和米格-21,苏-27和米格-29,等等。米亚设计局和拉沃契金设计局导弹的飞行系统均为R Chachikyan设计,惯性导航系统均为G Tolstoysov,气动外形也来自中央流体研究院,两者所不同的是发动机和弹头,米亚设计局的使用的是Isayev发动机,而拉设计局的是Glushko发动机。两种导弹携带核弹之后射程大约在8500公里。其中拉式导弹的弹头重量为2,100 千克,米亚式为3,500 千克。

10 VKA 1957年
米亚西舍夫和科罗廖夫实际上是一对难兄难弟。他们都曾被关进劳动营,而且还都幸运地进入到古拉格劳动营中的设计局,可以有相对较好的条件。在苏联发射第一颗卫星之后,在1957米亚西舍夫就帮科罗廖夫开发一种载人的空天飞行器。以便用R-7洲际导弹发射。最后设想出了一种单人星型飞行器。它被成为VKA,实际上是一种空天飞机,利用激波原理,即超高速飞行中所产生的激波的巨大能量,使飞机就像海边冲浪的人们一样借着这股巨大的能量顺利飞抵数千千米之外的目标。
实际上,该飞行器和纳粹德国的“银鸟”项目一样,都无法解决在亚轨道快速飞行中的高温问题,在当时的技术下,想做到这一点根本不可能,于是该项目后来被冻结。

11 VKA-23 Design 2
这是米亚设计的另一种空天飞机,还是利用激波原理,该机使用了钛合金,而且比之前的设计大了不少,可以带更多的燃料进行轨道机动。由于在起飞和降落的时候需要承受1100摄氏度的高温,该机的防热外壳采用了石墨-硅材料。同时在这层陶瓷外壳外还有铌合金保护膜。

VKA-23 1960年

12 Kosmoplan(星际计划)
在50年代晚期,切洛勉开始研究冲压火箭发动机在航天上的应用。后来他开发出了一系列宇宙飞船,被称为Kosmoplan,其中Kosmo在俄语中是宇宙,星际的意思,Plan……英语,不说了。
切洛勉的设计局最早是研制巡航导弹的,他在德国V-1导弹的基础上研制了10X导弹。在50年代的一系列试验中逐渐成熟。但此时,随着弹道导弹的兴起,巡航导弹逐渐走入低谷。而切洛勉本身是个善于见风使舵且野心勃勃的人,他对太空的兴趣远远超过这些巡航导弹。在1957年夏天,随着科罗廖夫的R-7火箭的一系列失败,切洛勉就趁机批评科罗廖夫并声称要求接手航天计划。后来此人搭着赫鲁晓夫的儿子博得了欢心,并于1959年建立了自己的设计局。
在指导了P-6(SS-N-3)导弹之后,他发现该型导弹采用的储存箱很值得借鉴。这种导弹箱可以自动调节温度湿度等,可以储存很长时间并在需要的时候只需要几分钟准备就可发射。他后来将这个技术应用到了航天,洲际导弹等系统上。比如UR-100,这种导弹是苏联对美国开发“民兵”导弹的回应。
在50年代末期,切洛勉开始研究用冲压火箭技术开发宇宙飞船。后来就形成了Kosmoplan系列。它是用模块化组件设计的。包括固体火箭发动机组件;宇宙航行用的核动力组件,变轨机动使用的离子发动机组件;以及返回大气层并在普通机场着陆的再入飞行器组件。
在向领导人们展示了他的这些计划后,切洛勉意识到必须付出艰苦努力才能从科罗廖夫设计局占据的航天大蛋糕上切下一块来。于是,切洛勉决定加深与第一书记赫鲁晓夫的交情——他让赫鲁晓夫的儿子来他的设计局担任主任设计师。通过大量幕前幕后的努力,1960年5月30日,在科罗廖夫向苏联领导人提交的航天计划中,终于有了切洛勉的名字。
1960年6月23日,《关于在1960-1967年间为军事航天部队研制几种运载火箭、卫星和航天器》的第715-296号命令颁布,切洛勉正式获准进入航天领域。1961年3月,苏共中央和部长会议批准研制海上空间侦察与定位系统,项目代号“传奇”,数字代号代号17K114。卫星由切洛勉设计局研制,设计局代号Upravlenniye Sputnik(俄文意为“受控卫星”),数字代号代号17F16。它的运载工具UR-200 (8K81)运载火箭分别于1961年3月16日和1961年8月1日由苏共中央和政治局批准研制。US卫星和UR-200火箭的设计草图于1962年7月完成。切洛勉的“宇宙飞机”眼看就要成为现实了。
几家设计局和研究所开始进行火箭、无线电技术和电子技术方面的基础研究工作。物理能源研究所和库尔恰托夫核研究所分别开展紧凑型空间核反应堆的概念设计,前者热衷于热电偶反应堆方案,后者偏爱热离子反应堆方案。凯尔迪什领导的的苏联科学院进行该系统理想轨道的理论研究。卫星由切洛勉的第52试验设计局和拉斯普列金的第1设计局研制。第670试验设计局的邦达留克、格瑞亚兹诺夫和瑟宾负责研制核反应堆。
1964年10月14日,经过激烈的政治斗争,赫鲁晓夫下台,勃列日涅夫成为新的苏共中央第一书记,所有赫鲁晓夫支持的项目他都看不顺眼,尤其是切洛勉的那些项目。当US项目划归第一设计局后,凯尔迪什领导的专家委员会决定取消UR-200项目





13 M-44
就是上面说的M-42的空射型。专为米亚-4设计。但仍然有一些技术问题得不到解决,无疾而终。
在RSS-40项目下马之后,米亚西舍夫开始研究一种高中发射的无人驾驶高超音速飞行器。
这是米亚西舍夫设计第一种高超音速轰炸机,M-50。在这种巨大的三角翼飞机的基础上设计了RSS-52空天飞机。RSS-52包括由M-50发展而来的M-52载机。M-52机身上有一个巨大的凹陷,用来装载M-44冲压飞行器。该飞行器是由下马的M-42发展而来。M-52从基地起飞后进入高超音速,并释放M-44,而M-44将提高到极超音速,进入轨道,在巡航之后落入大海。一个无线电发射器将指引救援船回收该飞行器。
美国的X-15项目与之类似,在设计了有人的M-42之后,米亚西舍夫也希望研制出有人驾驶的M-52,但他遇到了一系列不可逾越的障碍。米亚西舍夫也被人指责他没有能力继续领导该项目。

14 M-48
1958年,苏联空军要求研制高空高速战机,后来该计划产生了米格-25战斗机,T-4轰炸机等,然而实际上还有更雄心勃勃的计划。就是研制一种超高音速飞行器。整个计划分两个阶段,首先是研制一种飞行高度在80到100公里的,速度达到6,000 到 7,000 公里/小时的试验飞行器,之后研制高度在100 到 150 公里,速度达10马赫的飞行器。这种飞行器应该在大气i外飞行,可返回大气层,普通方式着陆。
M-48正式开始研制是1959年12月在米亚和科罗廖夫合作研究的基础上,1960年3月,L L Selyakov(米亚的助手)和G D Dermichev开始接手设计。

15 PKA
1959年
P V Tsybin的第256设计局曾经研制了火箭推进的LL-1, LL-2, 和 LL-3飞机。在1955年5月3日,他们开始研究RS系列冲压发动机推进的3马赫洲际侦察/攻击机。该飞行器利用图-95N发射。这个项目是米亚西舍夫的23设计局RSS-52的竞争对手。在1957年R-7火箭成功之后,大部分苏联的冲压发动机项目都下马,而RS项目则以RSR侦察机的名义继续进行。但改用涡轮喷气动力。
在1957年,为了对付美国的威胁,上述两设计局开始研制一种有人空天飞机。
Tsybin 设计的是被成为滑翔宇宙飞船的PKA。从1959年5月17日在第1设计局的协助下开展。
根据该项目,PKA应该在沃斯托克载体的帮助下进入300公里高度的轨道,经过24到27小时的飞行后开始减速脱离轨道。在浓密的大气层中开始滑翔。在这种高温环境下,飞行器应保持原状。当在20公里高度时,速度应降低到500到600米/秒。PKA应该利用可展开的机翼滑翔降落到机场。这时飞行器将自动调整到水平状态,控制系统将根据飞行状态调整PKA飞行的火箭发动机和气动外形的状态。
PKA降落的全部时间应为90秒,之后它将在一个特殊加固的跑道用自行车式起落架降落。PKA的机身大量使用钢铁,并用防火材料保护,防火罩和机身有100毫米的空隙。在机鼻的部分,将用液态锂电路激活降温系统。在大气层中的最高温度应为1200摄氏度,而机内温度则会达到400摄氏度。为此专门计算了气动外形的设计。
在机体内有一个密封的和机体受热结构隔离的铝合金舱室。里面有3个位置,用于吃饭,工作和休息。因此它还包括生命保障系统,两个侧窗,以及宇宙飞行系统。在降落过程中,一些次要的装置将被抛弃。在90千米高度以下,PKA将由DU发动机推进该发动机包括两个用于减速和修正航向的火箭发动机。
在10公里以下高度遇险的话,飞行员将弹射跳伞逃生,而在10公里以上高度将通过一个逃生舱逃生。它会展开自己的机翼,滑翔到机场上。
在该项目实施过程中,空气流体研究院指出该项目的材料存在散热等很多问题。
之后不久Tsybin的设计局在模型试验结束后不久被关闭,Tsybin也被调到米亚西舍夫设计局。之后米亚西舍夫设计局也倒闭。Tsybin在1960年只好又跟切洛勉混。结果他们的项目只好让位给这位新老大。于是切洛勉在1961年4月将他们的项目终止。
Tsybin之后跟科罗廖夫混(真是可怜)他协助米高扬设计局开发了螺旋空天飞机,为科罗廖夫开发了沃斯托克,联盟,联盟T等载人飞船。AMS星际探测器,Molniya通讯卫星。他在1974年作为暴风雪航天飞机的代总设计师。他最后于1992年去世。

16 Raketoplan航天飞机
还是切洛勉的项目,1959年12月10开始研制。
1960年6月23日开始研制UR-200火箭和IS反卫星系统。
1960 年11月1日切洛勉的R型有翼 载人飞船计划开始。
1963年3月21日 Raketoplan 计划首飞、。但飞船返回是被毁。最大速度14400公里/小时,最大高度400公里。
1964年5月22日, Kosmoplan 和 Raketoplan全部下马,除了LK-1 载人环月飞船计划。
1964年6月18日 苏联制订5年航天计划。 其中包括Zenit宇宙飞船,螺旋航天飞机,联盟-R载人作战飞船。但Raketoplan被砍掉。

17 VKA-23 Design 1
由于在M-48方案中备受批评。米亚西舍夫只好重新设计,在1960年3月到9月,他设计出来了两种型号的飞机。第一中是利用激波原理的亚轨道飞行器。另一种是相对保守的设计。
但由于得不到军方的支持,米亚设计局于1960年10月关闭。


另一种设计
经过精确的计算,R-7火箭可以携带4.5吨的载重到400公里高度的椭圆型轨道。或者是4吨的载重在500公里高度的轨道。该飞船外部40%的部分都覆盖有防火材料。一台发动机将把飞船速度提高到150米/秒。在模拟试验中,该飞船应沿着一条经过精确计算的剖面高度从100公里到200公里的弹道飞行。
VKA的飞行特性首先由苏联科学院独立研究完成。他们计算得出升力比达到0.25和0.30的时候可以使该飞船进入返回弹道。根据此计算结果,联盟号飞船就采用了矿灯式气动外形。而VKA却没有足够的防火材料在如此打的攻角下返回。因为该计划建议飞船返回时高度为30到40公里。这时飞船将利用可伸展机翼进行机动。密封舱里的两名宇航员应该在进入大气层后弹射。
在1960年,一个高层检查团检查了该项目,其中专家提出了很多置疑。比如在大气层中使用变后掠翼机动,会对防火材料提出非常高的要求。于是,此后该项目根据这些意见进行了很i规模的修改,其中成员也由2人减为1人。
18 “螺旋”计划和米格105
有翼航天器的先锋当属60年代初在著名工程师洛吉诺洛金斯基领导下研制的“50-50计划”,也称“螺旋”计划。1962年,米高扬领导的第155设计局根据科罗廖夫下达的任务开始研制“50-50”计划,其中的“50号产品”为单座军用空天飞机,而“50-50”号产品”为高超音速载机。“50”这一数字表示为即将到来的伟大十月革命50周年献礼,并计划在此时进行首期亚音速试验。高超音速载机由图波列夫设计局负责研制,它应在极大的速度(M5.5~6)和24~30公里的高度上释放这架10吨重的空天飞机。计算表明,该系统的有效载荷重量约为其发射重量的12.5%,且有85%的发射重量返回地球,而当时科罗廖夫设计的320吨重的联盟火箭只能将发射重量的2.5%送上太空,返回地球的只有2.8吨重的着陆器。同时,“螺旋”不光能返回,它还可以再次飞行,而且无需航天发射场。当时制造了试验型轨道飞机,并进行了首批计划内的飞行。在返回大气层时,它就像飞机一样,可在半径为600~800公里的范围内选择着陆点。它的用途极为广泛,既可作为航天轰炸机或侦察平台,也可作为航天武器载机或作为有人驾驶的救援机,同时还可作为截击机或只是作为技术验证平台。
1967年开始制造有人驾驶轨道飞机的缩比试验器。在这些1/2和1/3模型中,代号“105.11”的模型用于亚音速大气层试验,“105.12”用于超音速研究,“105.13”用于高超音速研究,但这一项目于1969年6月被中止,当时的国防部长格列奇科元帅认为这简直就是“天方夜谈”。1974年6月30日,在火箭发动机专家格鲁什科的支持下,“螺旋”计划恢复实施,并拟进行轨道飞机的亚音速飞行试验。1976年10月11日,该轨道飞机完成了第一次飞行,一年后的11月27日也完成了“米格-105”试验机从图-95KM型机上在5000米高度上的第一次投放,总共进行了8次试飞,从而确定了该空天飞机的亚音速气动性能和各系统在大气层中飞行的性能。

该空天飞机呈平底形状,采用升力体式机身,前部较大并向上翘起,因此该机又被戏称为“套鞋”。这种几何形状可大大降低机身在再入大气层时的受热程度。该机的独特之处是其可变式机翼。机翼安装时与水平面呈60度角,在起飞、轨道飞行和再入大气层时用作垂直安定面。在再入大气层并将速度降低到亚音速后,机翼转至水平状态,从而增加了升力。机身、机翼和巨大垂直尾翼的后掠角度分别为78、55和60度。“米格-105”安装有科列索夫研制的RD-36-35K型涡轮喷气发动机,轨道发动机由19台大小不一的发动机组成,以进行轨道粗定位和精确机动。该飞机长8.5米,高3.5米,重4220公斤,翼展7.4米。这一方案最终被取消,但空天飞机的研制工作仍在继续进行。

米格-105太空战斗机,代号“螺旋”。上世纪60年代,美苏两国全力进行空间竞争年代,为了能在太空领域压倒美国,前苏联的科学家们提出了各种各样的宇航器设计,在传统飞行器设计领域久负盛名的米高扬设计局也开始涉足宇航领域,加入了这一竞争行列,随后不久,米格设计局就提出了著名的“螺旋”空天飞机计划。该计划与前苏联其他的宇航计划一样,带有浓厚的军事色彩,苏联人希望在此基础上发展出一种可以攻击敌方太空设施空间战斗机,从而在两大超级大国的太空竞赛中占得上风。
  由于资金和技术上的困难,该计划并没有造出原型机,只造了一架米格-105的亚音速气动外形验证机,该机装一台RD-36-35K涡轮喷气发动机,1976年10月11日在莫斯科附近的茹科夫斯基试飞基地进行了首飞,次年11月27日,该机由图-95K母机携带在5000米高空进行了首次空中投放试验,并安全返回地面。尽管该机随后有成功的进行了多次飞行试验,但还是无法改变下马的命运,因为早在米格105首飞的8个月前,前苏联最终选定了“暴风雪”航天飞机系统作为其下一代轨道飞行器,这实际上已经宣告了“螺旋”计划的死亡,1978年米格105完成了他的最后一次飞行试验,从此彻底了历史舞台。
  如今,唯一的这架米格105的验证机收藏在莫斯科近郊的莫尼诺航空博物馆里。

螺旋OS

19 MTKVA
在暴风雪号航天飞机之前所搞的“可复用运输航天器——垂直着陆”(MTKVA)设计
在70年代初,美国研制了“太空梭”轨道飞机,也就是目前正在使用的航天飞机。这一时间,前苏联也开始制造自己的“太空梭”,即“暴风雪”号航天飞机。
在1974年,随着美国开始研发可重复使用的航天飞机,苏联也试图研制同样的飞行器。
最早相关的设计是一种受到联盟飞船影响的无机翼宇宙飞船,包括一个乘员舱,一个载荷舱和一个动力舱。MTKVA将用Vulkan送到轨道,然后利用自身的动力返回苏联领土。MTKVA应该以亚音速滑翔降落在机场。利用减速伞减速并用一种滑翔橇“软着陆”
i管苏联科学家仔细研究了美国的航天飞机,但在重要的气动外形上还是无法照抄,因为苏联缺乏使用固体火箭发动机的经验,尤其是航天飞机用的火箭发动机。因此最后他们倾向于采用一种液体燃料发动机驱动的火箭助推。
这种高推力发动机是苏联当时最高的技术结晶,在此之前没有哪种火箭有如此高推力的发动机。然而以当时的技术水平想研制一种可重复利用的火箭发动机是不可能的。
这导致了另一个重要的设计,即一旦这种发动机使用完毕,就没有必要再带着返回大气层。这样这些助推火箭将脱离飞行器。在整个飞行阶段是:在助推阶段飞行器由助推火箭辅助起飞,之后将脱离,根据需要,飞船可以装2到8个助推火箭。飞船主体也可以按照1个到4个模块化发动机。飞船可携带LEK月球基地组件或军事设备,作为飞行器机鼻的配重。飞船重达200吨。
在1976年5月,飞行器开始进入气动外形设计。经过两年基础设计,苏联开始正式研制航天飞机。对于MTKVA来说,尽管他有许多优势,但也存在着很多技术问题没有解决。由于它设计中是垂直着陆,因此引发了很多技术问题,比如如何在着陆后移动如此大型的设备。最后研究的结果是研制一种飞机型的飞行器。MTKVA 和 Vulkan便按着这个思路研究,之后便是空气动力学上仿造美国的暴风雪航天飞机的问世。它代替了MTKVA 但发动机沿用了原有的。既然用液体推进器,但数量减少到4个。但暴风雪的载荷也减到了原设计的一半。这是当时技术条件所制约的结果。

20 BOR试验飞船 1987年
为研究从轨道返回时防热问题,设计者还研制了“布拉风-4”无人驾驶试验器,以“宇宙”系列的代号完成了4次轨道飞行,时间分别为1982年6月4日、1983年3月16日和12月27日及1984年12月19日。最初两架空天试验机均溅落在印度洋上,其打捞工作引起了西方国家的注意。于是,后两架“布拉风”均着陆于克里米亚海区。

BOR-4

BOR-4

BOR-5
21 “暴风雪”航天飞机
暴风雪号航天飞机大小与普通大型客机相差无几,外形同美国航天飞机相仿,机翼呈三角形。机长36米、高16米,翼展24米,机身直径5.6米,起飞重量105吨,返回后着陆重量为82吨。它有一个长18.3米、直径4.7米的大型货舱,能把30吨货物送上近地轨道,将20吨货物运回地面。头部有一容积70立方米的乘员座舱,可乘10人,设计飞行寿命100次。

  1988年11月15日,暴风雪号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空,47分钟后进入距地面250公里的圆形轨道。它绕地球飞行两圈,在太空遨游三小时后,按预定计划于9时25分安全返航,准确降落在离发射点12公里外的混凝土跑道上,完成了一次无人驾驶的试验飞行。

  科学家们认为,这次完全靠地面控制中心遥控机上电脑系统,在无人驾驶的条件下自动返航并准确降落在狭长跑道上,其难度要比1981年美国航天飞机有人驾驶试飞大得多。首先,暴风雪号的主发动机不是装在航天飞机尾部,而是装在能源号火箭上。这样就大大减轻了航天飞机的入轨重量,同时腾出位置安装小型机动飞行发动机和减速制动伞。其次,暴风雪号着陆时,可用尾部的小型发动机做有动力的机动飞行,安全准确地降落在狭长跑道上,万一着陆姿态不佳,还可以将航天飞机升起来进行第二次着陆,从而提高了可靠性。而美国航天飞机靠无动力滑翔着陆只能一次成功。第三,暴风雪号能像普通飞机那样借助副翼、操纵舵和空气制动器来控制在大气层内滑行,还准备有减速制动伞,在降落滑跑过程中当速度减慢到50公里/小时时自动弹出,使航天飞机在较短距离内停下来。暴风雪号首航成功,按计划应很快开始载人飞行,但由于政治、经济等方面的原因,该计划现已基本停止了。

Uragan Space Interceptor(Bor试验飞船设计方案之一)
22 TKS 1983年
TKS是很特别的:唯一经过飞行考验(无人试验)的可复用载人飞船、唯一大底开洞的载人飞船、唯一返回舱可独立配置的设计、最重的载人飞船(连轨道舱)。

该项目于1975年开始研制,至1980年完成初设计。然而对切洛勉的政治斗争使该项目中断。在1983年,LKS的进一步研究停止。在1991年,一些特工(可能来自KGB)冲进工厂并将试验模型销毁。切洛勉甚至因为没有得到许可开发该飞船遭到刑事调查。
从1965年至1975年,切洛勉一直坚持开发苏联的宇宙飞船,他的热情并没有随着Raketoplan(火箭计划)的下马而破灭,反之他还在偷偷摸摸地研i相关飞行器。
在一系列基础研究后,切洛勉参与了暴风雪航天飞机的研制,但他坚决反对原计划,他认为这不过是美国航天飞机的翻版,他认为应该研制一种更轻型的航天器,可以利用包括火箭,飞机等各种平台升空。在意见未被采纳后,切洛勉私下里通过学术交流跟各个研究机构讨论该项目。
LKS有军事,科技和经济意义。它可以发射卫星,可以监视它们的轨道,并带着它们返回地球。它还可以为空间站提供补给和人员轮换。LKS还可以通过飞机升空,这意味着令苏联领导人恐惧的美国通过航天飞机进行第一次核打击可以被有效遏制。
切洛勉开始设计的产物是一种25吨重,其中4到5吨载荷和2吨燃料。它包括一个无人型号,可以在轨道上工作一年,还有一个3人乘员的型号,可以在太空中停留10天。
LKS配备了液体发动机用于机动和减速。它同样是通过滑翔着陆。
切洛勉希望用它来对抗美国的星球大战计划,他设想在太空中部署360架这种飞行器,4年完成,每年发射90枚质子火箭。它们用激光对付美国的洲际导弹。切洛勉对当局保证LKS将在2到3年内首飞,但是有人对LKS非常反感,他们对最高当局进谗言把切洛勉的计划送入废纸篓。之后在1991年3月,KGB的人冲入研究机构并摧毁了该项目的模型
23 OK-M
在1980年,苏联计划研制一种代替联盟号的廉价飞行器(想和暴风雪“高低搭配”),于是就有了OK-M项目,它实际上是暴风雪的缩小型,
它的货舱大约20立方米。而乘员舱正常载两人。当然如果需要可以装4人。没有货物的着陆重量为10200千克。而M1型可载3500公斤的货物到250公里高度的轨道。到450公里高度的空间站轨道,载荷为2000公斤。
OK-M 同样是利用推进火箭起飞,并用自己的发动机飞到更高的轨道、由于OK-M在空间站轨道上的载荷偏低,因此NPO Molniya 又改进了M1,M2型

OK-M

OK-M1

OK-M2
24 图-2000
俄罗斯图波列夫设计局从1986年起开始设计图-2000高超音速飞机。当初决定设计该机主要是为了与美国的航空航天飞机(NASP)计划展开竞争。在1992年8月的莫斯科航展上,俄罗斯展出了图-2000飞机的方案模型,这种非常流线型模型类似于美国的X-30。目前,俄罗斯十多家设计局参与了图-2000的研究工作。

图-2000飞机考虑用三类推进装置:军用型涡轮喷气发动机、超音速冲压喷气发动机和用于入轨的火箭发动机。图-2000将只采用氢燃料。目前,沙图林设计局正利用军用发动机研究图-2000上使用的涡喷发动机。液氢燃料发动机在图-154上所取得的经验表明,工程技术人员能很好地解决这种低温推进系统的各种技术问题,特别是供给系统中所有与燃气膨胀和控制有关的技术问题。至于超音速冲压发动机,图-2000将需8台,装于后身下面。俄罗斯中央航空发动机研究院和“联盟”设计局正从事超音速冲压发动机的研究,这种发动机可使飞机的速度至少达到M6,随后火箭发动机继续工作,使飞机加速到M25。对于火箭发动机,目前正在研究外部燃烧的可能性。
作为第一阶段的工作,俄罗斯只制造一架试验机,用来检验马赫数近于6的飞机;第二阶段则用一台液体火箭发动机和另一原型机,过渡到入轨阶段。
图波列夫设计局进行的工作首先是研制系统(如控制系统和燃料喷射系统)的技术验证机。图-2000的结构件正在制造,一些部件已经制成,如长5米、直径1.5米的碳纤维低温燃料箱,复合材料的翼尖和中央翼盒,该翼盒用一种镍基合金制造,通过试制若发现制造困难,则改为钛合金材料。
 从当前经济形势看,俄罗斯很难单独完成图-2000计划,所以图波列夫设计局在寻求国外合作伙伴。
25 MAKS“多用途航空航天系统” 1990年
闪电科学生产联合企业早在80年代便已开始实施MAKS计划,甚至是在“暴风雪”号飞行之前。该计划充分利用了“螺旋”计划、“布拉风”试验机计划和“暴风雪”号的经验与成果。
  MAKS可用于执行广泛的太空任务,是一种两用空天飞机,既可完成军事任务,也可用于其它目的,其中包括:对地球上的任何一点进行侦察;向近地轨道发射和从那里回收有效载荷;各类太空设施的运输保障;轨道应急救援;进行科学与工艺试验;对太空进行国际监督;对太空和地球表面进行生态监控;在真空和微重力条件下制造晶体、生物制品和其它材料。

与运载火箭相比,MAKS系统具有以下优势:(1)发射成本低。它将1公斤有效载荷送上基准轨道(高度200~300公里)的费用只有1000~1500美元,而一次性运载火箭为12000~150 00美元/公斤。它的发射费用也低于第一代可重复使用航天器(“暴风雪”号和美国航天飞机)。(2)具有机动发射能力。这是它与航天飞机的一个不同之处,这可保证它能将航天器送上任何轨道,并可以向任何方向发射。(3)发射时机亦不受轨道要求的限制。(4)在从轨道返回时可进行横向和纵向的广泛机动。(5)使用效能高,可运回有效载荷并进行多次使用。除外挂燃料箱外,MAKS的主要系统均可重复使用。(6)可利用现有的一级飞机场,只需再配备必要的加注设备、地面技术与着陆系统即可。(7)减少了各级火箭的溅落,而且燃料无毒,有利于生态环保。

  MAKS系统由亚音速的载机和驮载在它上面的、带有外部燃料箱的轨道级组成。根据原来的设想,作为MAKS第一级载机将是安-225“梦幻”飞机。轨道级由安-225“梦幻”飞机发射后,将借助自身的发动机进入轨道,完成任务后独自返回地球。但最新消息称,安-124型运输机被选定为该系统的空中航天发射场。但安-225和安-124并不是唯一的运载工具,今后还可能将使用更加强大的双机身飞机“大力士”。

轨道级(即第二级)为空天飞机及助推火箭发动机。为在空中发射MAKS需要使用火箭,以将其发射到太空轨道上。俄同时还在研制更重型的MAKS型系统,其运载能力可达18吨。该系统第二级有三种变体,即MAKS-OS、MAKS-T和MAKS-M,即载人型、一次性使用型和无人货运型。
  在未来25~30年内,MAKS系统具有广泛的发展前景。在1994年11月的布鲁塞尔国际发明博览会上,MAKS计划获得金奖和比利时总统特别奖,其比例模型也曾在1997年的法国航展和俄罗斯茹科夫斯基航空航天博览会上展出。太空已成为卫星发射与服务市场的争夺场所,这一市场的容量以数十亿美元计算并以每年10%以上的速度递增。在这种条件下,只有提出最低发射价格的一方才能获胜。如果MAKS系统得以建立,俄罗斯的卫星发射工具将完全有能力与美国未来的空天飞机相竞争,极有希望占领世界航天发射市场的60%的份额。这一系统的研制规划能否最终变成现实,需要俄总统和政府做出最终决定。
  MAKS的性能参数为:发射重量620吨,第二级重275吨,有效载荷重量9吨。轨道飞机部分的主要参数为:乘员数量2人(或为无人驾驶),飞机长19.3米,机高8.6米,翼展13.3米,重量27吨。该项目需要财政拨款数量为18亿美元
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附录:
1,苏联空天飞机发展中的重要人物
一些重要人物:
1 Tsiolkovskiy
齐奥尔科夫斯基,苏俄火箭鼻祖

2 Korolev
科罗廖夫,苏联火箭之父,航天界的圣人之一

3 Myasishchev
米亚西舍夫,研发了一种不是很成功的战略轰炸机,但是成名了。之后的一系列火箭计划证明此人的想象力很丰富。

4 Lavochkin
拉沃契金,米亚西舍夫的对头。在二战中研发的战斗机非常出名,然而这种天赋没有在航天技术上体现出来,该设计局在研发火箭技术之后逐渐没落

5 Chelomei
切洛勉. 苏联著名火箭控制专家。苏联科学院院士。算是个悲情人物

6 P V Tsybin
暴风雪航天飞机实际的总师,当了N多年的小弟,比较悲情

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附录2
切洛勉为他的空天计划开发的火箭
1 UR-100

2 UR-200

3 UR-500

4 8K82K

5 8K82K 改进型

6 UR-700

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发表于 2007-5-28 09:42:55 | 显示全部楼层
与运载火箭相比,MAKS系统具有以下优势:(1)发射成本低。它将1公斤有效载荷送上基准轨道(高度200~300公里)的费用只有1000~1500美元,而一次性运载火箭为12000~150 00美元/公斤。它的发射费用也低于第一代可重复使用航天器(“暴风雪”号和美国航天飞机


个人不太了解具体如何计算发射成本,不过知道需要一艘巨大的运载机(安225),建造这艘运载机应该需要天文数字般的各类投资吧。
总体来说实在是个令人期待的项目。
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 楼主| 发表于 2007-5-28 09:58:17 | 显示全部楼层
an225 和an124现在都有租赁业务,包括空中发射运载火箭的业务,这个其实需要足够大的平台,至于暴雪航天飞机,其实更多是用225来运输的。
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发表于 2007-5-28 10:09:55 | 显示全部楼层
发射火箭我觉得问题不大,不过如果我理解正确的话,应该是火箭带着航天器,然后在合适角度航天器与运载火箭分离吧。这样的操作要比单独在空中发射火箭复杂,对于225是个比较有挑战性的项目。当然我对这方面的实际情况了解实在不多,平时主要也只是看看普及性资料,图书馆也许有相关资料。

MAKS那个技术资料网偏偏上不去了,真倒霉。
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