大型火箭的前世、今生與未來(lái)

王善欽

2018年美國(guó)東部時(shí)間2月6日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的獵鷹重型火箭首飛成功，此后成功回收兩枚助推火箭，并飛向“地球——火星”軌道。獵鷹重型火箭可以將63.8噸物資送到近地軌道。它的成功首飛，使其成為當(dāng)今世界最強(qiáng)大的火箭。一個(gè)私營(yíng)公司開(kāi)發(fā)的火箭能夠獲得如此重大的成就，自然引起了世界媒體的轟動(dòng)。

但是，獵鷹重型并不是史上最強(qiáng)火箭，美國(guó)開(kāi)發(fā)的土星五號(hào)火箭才是。土星五號(hào)火箭可以將140噸物資送入近地軌道。史上第二強(qiáng)火箭則是蘇聯(lián)的能源號(hào)火箭，可以將88噸物資送入近地軌道。

二戰(zhàn)之后，美、蘇進(jìn)入全面對(duì)抗時(shí)期。其中，航天實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)又是最核心的。在整個(gè)20世紀(jì)50年代，美國(guó)的航天都落后于蘇聯(lián)。蘇聯(lián)不僅首先將衛(wèi)星發(fā)射上天，還首先將宇航員送入太空。這兩次落后深深刺激了美國(guó)政府和航天部門(mén)。1961年，美國(guó)政府宣布將進(jìn)行“阿波羅計(jì)劃”，該計(jì)劃要在10年內(nèi)將宇航員送上月球。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，美國(guó)將二戰(zhàn)期間為德國(guó)設(shè)計(jì)V2火箭的馮·布勞恩任命為火箭項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人。馮·布勞恩先是完成了“木星”火箭，然后造出了“土星”系列火箭，其中以土星五號(hào)最為強(qiáng)大。

土星五號(hào)火箭在1973年執(zhí)行完最后一次任務(wù)后，停止生產(chǎn)，生產(chǎn)線被拆除，從此成為神話一般的存在。

在美國(guó)宣布要執(zhí)行登月計(jì)劃后，蘇聯(lián)也開(kāi)始啟動(dòng)登月計(jì)劃，為此開(kāi)發(fā)了N1火箭，這款火箭如果發(fā)射成功，可以將94噸物資送入近地軌道。但是，因?yàn)橘Y金短缺、技術(shù)不足，N1火箭連續(xù)四次發(fā)射都失敗了。因?yàn)閺奈闯晒Πl(fā)射，在盤(pán)點(diǎn)史上最強(qiáng)火箭的時(shí)候，N1火箭是不被考慮在內(nèi)的。

排在土星五號(hào)之后的是蘇聯(lián)能源號(hào)火箭，它是被設(shè)計(jì)來(lái)發(fā)射航天飛機(jī)、空間站與重型衛(wèi)星的，可將88噸物資送入近地軌道。1987年，能源號(hào)火箭進(jìn)行第一次發(fā)射測(cè)試，沒(méi)有完全成功。1988年，它第二次發(fā)射，獲得成功，將暴風(fēng)雪號(hào)航天飛機(jī)送入軌道。這也是它的最后一次發(fā)射，然后它就退役了。

在土星五號(hào)火箭和能源號(hào)火箭先后退役之后，一直到獵鷹重型火箭發(fā)射之前，排名第三、第四的分別是美國(guó)的德?tīng)査奶?hào)火箭和中國(guó)的長(zhǎng)征五號(hào)火箭，它們可以分別將28噸與25噸物資送入近地軌道。63.8噸的近地軌道運(yùn)力已經(jīng)達(dá)到了此前史上第三、第四的兩倍以上，獵鷹重型火箭從而登上史上第三、現(xiàn)役第一的寶座。

土星五號(hào)退役之后，美國(guó)開(kāi)發(fā)航天飛機(jī)，其主動(dòng)力來(lái)自航天飛機(jī)自身的發(fā)動(dòng)機(jī)，整個(gè)航天飛機(jī)捆綁著巨大的油箱而非火箭，再綁著兩個(gè)小的助推火箭。在美國(guó)的航天飛機(jī)全部退役之后，美國(guó)開(kāi)始重新考慮用大型火箭發(fā)射飛船的方案。當(dāng)前美國(guó)正在進(jìn)行的是“空間發(fā)射系統(tǒng)”，這是航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)版?！翱臻g發(fā)射系統(tǒng)”的直徑是84米，預(yù)計(jì)高度是98米（載人）與120米（不載人），可以將70噸（載人）或者130噸（不載人）的物資送入近地軌道。

除了美國(guó)之外，于2016年11月3日首次成功發(fā)射長(zhǎng)征五號(hào)火箭的中國(guó)，作為大型火箭領(lǐng)域的新秀，也正在計(jì)劃制造更強(qiáng)大的火箭。相信未來(lái)幾十年，重型火箭與超重型火箭將陸續(xù)創(chuàng)造新紀(jì)錄。

這次獵鷹重型火箭的成功發(fā)射刺激了大型、重型火箭的研發(fā)。它被安排在肯尼迪航天中心的39號(hào)發(fā)射臺(tái)發(fā)射，而這正是當(dāng)年土星五號(hào)火箭鑄造輝煌的發(fā)射位。