質子：蘇聯(lián)留給俄羅斯運力最強的火箭

□ 小火箭

質子：蘇聯(lián)留給俄羅斯運力最強的火箭

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質子火箭的雕像在目送質子火箭升空

提起蘇聯(lián)的火箭，人們或許會立刻想到屬于R-7火箭系列的聯(lián)盟火箭，或者是蘇聯(lián)屢敗屢戰(zhàn)的帶有濃厚傳奇色彩的N-1重型運載火箭，亦或是用來運載暴風雪號航天飛機的“能源”號火箭。

但是，冷戰(zhàn)后期，蘇聯(lián)放棄了能夠將100噸載荷送入近地軌道的“能源”號火箭。解體后的蘇聯(lián)，留給新生的俄羅斯的能力最強的火箭，不是R-7系列的聯(lián)盟，也不是“能源”號，而是一開始并沒有被當做運載火箭來研發(fā)，但卻在蘇聯(lián)解體后頑強地存活下來，并成為建設國際空間站的中堅力量的“質子”火箭。

“質子”火箭以20.7噸的近地軌道運載能力超過了“聯(lián)盟”火箭（6.45噸），成為了蘇聯(lián)留給俄羅斯的運載能力最強的運載火箭。

切洛梅的大計劃

說起“質子”火箭，那就不得不先說一下它的設計者弗拉基米爾·尼古拉耶維奇·切洛梅博士了。

質子號火箭設計師切洛梅博士

1958年，切洛梅向蘇聯(lián)最高領導部門提出了一個大計劃：研制一系列導彈和運載火箭，其中，該系列的導彈具有12000千米的射程，是名副其實的洲際彈道導彈，而同系列的運載火箭擁有和上述彈道導彈通用的結構，能夠將巨大的軍用空間站送上太空，還能夠把探測器甚至是航天員送上月球、火星、金星。

其實看上圖老爺子胸前戴的5枚獎章，就能夠知道他并非等閑之輩了。左數(shù)第1枚和第2枚是蘇聯(lián)國家獎章！（蘇聯(lián)最高榮譽體系之一）左數(shù)第3枚是列寧獎章！（蘇聯(lián)最高榮譽體系之一，獎給科學、文學、藝術、建筑和技術方面的人才。）而切洛梅右胸佩戴的2枚獎章就更要說一下了。這是傳說中的社會主義勞動英雄獎章！專門頒發(fā)給為蘇聯(lián)做過重大貢獻的人。

切洛梅老爺子得了2枚社會主義勞動英雄獎章。按規(guī)定，得了2枚這種獎章的人，國家會專門在他的出生地豎立銅像或紀念碑來表彰。怎么樣，夠霸氣了吧。

切洛梅博士，1914年生于沙皇俄國時代的謝德爾采（如今該地屬于波蘭）。在一戰(zhàn)戰(zhàn)火中顛沛流離的童年和充滿饑餓與不安的少年時代過去后，18歲的切洛梅考入基輔理工學院（基輔航空學院的前身）。在這里，他展現(xiàn)了數(shù)學和力學方面的天賦。大學一畢業(yè)，他就出版了他的第一部專著《向量分析》。二戰(zhàn)時期，他研制了蘇聯(lián)第一臺脈動沖壓發(fā)動機（獨立于德國與法國的研究）。

1951年，37歲的切洛梅完成答辯，被莫斯科國立鮑曼技術大學授予博士學位（科羅廖夫、蘇霍伊、茹科夫斯基、圖波列夫都是在這里畢業(yè)的）。4年后，切洛梅成為了以他名字命名的切洛梅設計局的首席設計師。

1958年，切洛梅提出了洲際彈道導彈的設計方案，成為了蘇聯(lián)最早提出多級洲際彈道導彈方案的人。

切洛梅博士提出的УР-500導彈（火箭）

這里要對УР這個型號名稱解釋一番。僅僅從這個名字其實就可以看出切洛梅的理想了。УР是俄 語 универсальная ракета 的 縮 寫。 其 中，универсальная是萬能的、通用的意思。而 ракета是火箭和導彈的意思。是的，在俄語中， 火箭和導彈是同一個詞，都是ракета，也就沒有咱們非得分清楚火箭和導彈的那種糾結了。本來就是同一類飛行器嘛。

切洛梅的理想在這個型號的名稱中顯露無疑：通用的、萬能的導彈（火箭），近可當洲際彈道導彈用，中可發(fā)射近地軌道衛(wèi)星，遠可進行深空探測。

質子的倔強

1965年，被蘇聯(lián)軍方拋棄的УР-500導彈爭取到了證明自己的機會。它矗立在拜科努爾發(fā)射基地。

從1965年7月16日開始，切洛梅的火箭發(fā)射了一系列名為“質子”的科學實驗衛(wèi)星。“質子”衛(wèi)星是人類較早地能夠在太空中對高能粒子、夸克等物質進行研究的衛(wèi)星。

為什么切洛梅的火箭能夠爭取到這樣的發(fā)射任務呢？

因為“質子”衛(wèi)星重17噸，是衛(wèi)星中的龐然大物。科羅廖夫的R-7火箭最多只能運載6.45噸的載荷。在當時，這個系列的衛(wèi)星，也就只有切洛梅的火箭可以發(fā)射了。

也就從這個時候開始，切洛梅開始淡化УР-500導彈這個名稱，而改用“質子”火箭來稱呼他的巔峰之作。（為了紀念他爭取到了發(fā)射“質子”衛(wèi)星的任務而保住了УР-500項目的不易。）

但是，“質子”火箭的發(fā)展依然不順。按照蘇聯(lián)的標準，火箭的發(fā)射成功率要在90%以上才能夠正式被列入國家型號。但是，從1965年到1972年，質子火箭事故頻頻，直到1977年，質子火箭才終于勉強通過了正式驗收。

“質子”火箭和“質子”-K火箭示意圖

但是，切洛梅博士并未有一刻停止他的研究。

1967年3月10日，帶有上面級的3級運載火箭——“質子”-K火箭迎來了它的首次發(fā)射。面臨種種困難，“質子”系列火箭不僅沒有退縮，還在逐步添丁。在4枚火箭示意圖中，最左側是“質子”火箭基本型（共2級），其他3枚為“質子”-K。

躺在廠房中的“質子”火箭第一級和第二級

這是正在莫斯科進行總裝的“質子”系列火箭。我們能夠看到連在一起的第一級與第二級，這兩級共同構成了“質子”系列火箭的基礎級。

擁有6臺一級發(fā)動機的“質子”火箭

幾乎毋庸置疑的是，“質子”火箭最容易被辨識出來的外形特征就是她的6臺一級發(fā)動機呈正六邊形的布局方式了。

“質子”系列火箭的第一級擁有6臺RD-253常溫燃料液體火箭發(fā)動機，燃燒室壓力14.7MPa。

RD-253常溫燃料液體火箭發(fā)動機

RD-253發(fā)動機干重1.08噸，噴管直徑1.5米，噴管擴張比為26.2。蘇聯(lián)人對發(fā)動機噴管的設計頗具美學造詣。

RD-253常溫燃料液體火箭發(fā)動機

6臺RD-253為“質子”火箭的基礎級提供了10470千牛的推力，讓“質子”火箭擁有了強大的運載能力。

值得注意的是，“質子”火箭的第一級的一周鼓起來的部分并不是助推器，而是推進劑的貯箱。這些貯箱是與火箭“芯級”連在一起的。

也就是說：“質子”火箭看起來像是捆了6臺助推器，而實際上它1臺助推器都沒有。

火箭第一級外側環(huán)向布置了6個推進劑貯箱，但它們并非助推器，即在發(fā)射后并不與箭體分離。

那“質子”火箭的第一級長成這個樣子，里面到底是怎樣的結構呢？

哈，原來是這個樣子的。6臺RD-253發(fā)動機實際上是安裝在“質子”火箭第一級的推進劑貯箱下方的。

6個長得像助推器的大鼓包里面，并沒有其他管路和發(fā)動機，而僅僅是安置了一個偏二甲肼（UDMH）貯箱（上圖的大紅色部分為偏二甲肼）。質子火箭的第一級的核心部位則是一個巨大的四氧化二氮貯箱（上圖的橙紅色部分）。

這是在莫斯科的“質子”火箭總裝廠房內等待進行裝配的6臺RD-253液體火箭發(fā)動機。看，它們已經(jīng)與偏二甲肼貯箱連為一體，之后就要與“質子”火箭的一級箭體進行固連了。注意噴管上方紅色的四氧化二氮輸送管線。

裝配好的“質子”火箭第一級

6個帶有RD-253發(fā)動機的偏二甲肼貯箱與箭體連接好之后，就構成了“質子”火箭的第一級。強調一下，“質子”火箭的偏二甲肼貯箱與箭體是固連的，因此，它沒有像“聯(lián)盟”火箭那樣助推器分離的場景，而是以上圖中那樣的囫圇個兒的第一級火箭進行分離。

另外注意，“質子”火箭的第一級通過桁架結構與上面的部分進行連接。這基本上是蘇聯(lián)血統(tǒng)的火箭或某些國家的火箭的標準了。

“質子”火箭的第一級長21.2米，外接圓直徑7.4米。

而加注滿偏二甲肼和四氧化二氮燃料之后，“質子”火箭的第一級的總重會達到450.51噸。看到這里，大家應該就已經(jīng)明白為什么“質子”火箭比“聯(lián)盟”火箭的運載能力大那么多了吧。

“質子”火箭的第一級就已經(jīng)比目前在役的分量最重的“聯(lián)盟”火箭（重308噸）沉100多噸了。

值得注意的是，“質子”火箭的第一級空重31.1噸，總重450.51噸，也就是說，“質子”火箭第一級的燃料占第一級總重的比為93.1%。即使是在今天，這個指標在導彈或者火箭總體設計中，也是個非常了不起的成就。切洛梅博士在力學上的造詣的確值得我們給他點個贊。

“質子”系列運載火箭總發(fā)射次數(shù)335次，其中成功294次。

右圖是“質子”火箭第一級的發(fā)動機細節(jié)。噴管外面的管路是用來輸送偏二甲肼的。這些偏二甲肼通過噴管的中空夾層結構進入RD-253發(fā)動機的燃燒室，與四氧化二氮進行反應，產(chǎn)生推動火箭拔地而起的力量。外側是RD-253發(fā)動機的渦輪泵。

“質子”火箭的第一級能夠用31.1噸的空重產(chǎn)生10470千米的推力，說明它在減重方面下足了功夫。該發(fā)動機的預燃、燃燒室的推進劑泵和氧化劑泵等等全部是用同一根軸驅動的。

“質子”火箭的第一級總體設計在眾多運載火箭中可謂獨一無二。RD-253發(fā)動機采用富氧分級燃燒的循環(huán)方式，因此其噴口附近非常簡潔明快，沒有燃氣發(fā)生器的廢氣排放管。另外，注意看“質子”火箭第一級的設計細節(jié)，它為了減小底部阻力而設計了收斂段。

“質子”火箭的第二級長14米，直徑4.15米，采用了4臺RD-0210發(fā)動機。注意噴管內壁閃閃發(fā)亮的耐高溫銅合金。

透過桁架結構，可以看到“質子”火箭第二級的發(fā)動機噴口噢。★

火箭第一級細節(jié)圖