书城工业技术航天航空小百科-航天事业的希望
8542500000005

第5章 太空新时代(2)

“卫星”号火箭1957年10月4日夜晚,在前苏联的拜科努尔发射场,探照灯把夜空照得如同白昼,发射架上竖立着一枚银光闪闪的巨型火箭。莫斯科时间22时28分34秒,火箭专家科罗廖夫下令“点火”!顿时火箭在震耳欲聋的吼声中拔地升起,直冲天穹。不久,从太空传回世界上第一颗人造卫星入轨后发出的“噼噼啪啪”电子尖叫声。翌日,塔斯社向全球宣布:前苏联第一颗人造地球卫星开辟了宇宙航行的道路。

随着第一颗卫星上天运行,发射它进入轨道的“卫星”号运载火箭大出风头。但是,从齐奥尔科夫斯基提出宇航理论,到研制成功航天运载火箭,却经过半个世纪的艰难历程。其中,把宇航理论变成现实的科学家中,前苏联的运载火箭总设计师科罗廖夫作出了杰出的贡献。

谢尔盖·科罗廖夫1907年1月13日诞生在乌克兰的一个教师家庭。当他9岁时,举家迁居敖德萨,住在离一支飞行中队不远的机场附近。他几乎天天可以看到飞机在蓝天上的飞行表演,这在他幼小的心灵里埋下了飞向太空的种子。他16岁时参加了滑翔机飞行小组,并自己动手设计滑翔机。1926年,科罗廖夫从基辅工学院转学到著名的莫斯科包曼高等工业学院空气动力学系,一边读书,一边在一家飞机制造厂工作。1927年在莫斯科举办了首届世界星际航行器械模型展览会和关于星际航行的讲座,科罗廖夫生平第一次了解到齐奥尔科夫斯基等宇航先驱者的思想和事迹,并看到了戈达德、奥伯特等的火箭设计方案,这对他产生了巨大影响。两年后,科罗廖夫前往卡卢加拜访了仰慕已久的齐奥尔科夫斯基,这次会见成为他毕生从事宇航事业的转折点。科罗廖夫后来回忆说:“从前我的理想是驾驶自己设计的飞机飞行,而见到齐奥尔科夫斯基之后,我一心只想制造火箭并乘坐飞船到太空飞行,这已成为我生命的全部意义。”1929年至1931年间,科罗廖夫参加组建喷气推进研究小组。1933年8月17日,前苏联发射了第一枚液体燃料火箭,这枚火箭质量18千克,飞行持续时间18秒,垂直上升高度约400米。火箭达到最大高度后,沿着水平线飞行一段,然后沿着微微倾斜的弹道落到附近的树林里。第一枚火箭试验成功后,引起政府的重视,决定成立国立喷气科学研究所,科罗廖夫被委任为副所长。在他的主持下,制订前苏联火箭发展计划,参与早期的液体火箭研制工作。战后的1946年8月9日,科罗廖夫被任命为第一枚弹道式火箭的总设计师,只经过一年时间,就仿制成功从德国俘获的V-2火箭。1948年秋,前苏联利用V-2火箭加长设计了P-1弹道式导弹,射程300千米。1950年第一枚自行设计的P-2导弹进行发射试验,射程达到500千米。在此基础上,科罗廖夫领导研制两级火箭,1957年8月21日,第一枚洲际弹道式导弹P-7在拜科努尔发射场试验成功,总推力500吨力,射程8000公里。8月27日塔斯社发表公告称:“多级远程洲际火箭试验顺利,完全证实了计算和所选定结构是正确的。火箭以前所未有的高度完成飞行,在短时间而长距离的飞行之后,火箭在预定区域降落。”这就表示发射人造卫星的运载火箭近在咫尺了。

1957年7月1日开始的地球物理活动,促成了前苏联加快发射人造卫星的步伐。科罗廖夫主持对P-7洲际火箭进行改进,研制成了“卫星”号运载火箭。这种火箭由一枚芯级火箭和4个侧挂助推火箭并联捆绑而成。为了控制航向,另外安装了12台可摆的小型游标发动机。火箭发射后,芯级发动机和4台助推火箭发动机同时点火。火箭达到预定速度,4台助推火箭发动机先行熄火并分离,芯级发动机继续工作,直到把卫星送入轨道。1956年底,前苏联得知美国的运载火箭已进行了飞行试验,而前苏联却因卫星过于复杂而滞后于美国。这时,一个惊人的计划在科罗廖夫的脑中形成。他提出,造一个空心铝合金小球装上电源和发报机,先搞一个简单的卫星,抢在美国之前发射上天。他的建议立即被前苏联政府批准。

1957年10月4日,“卫星”号运载火箭立下头功,世界上第一颗人造地球卫星终于冲开天门在宇宙之上与群星同辉,它发出的电波,全世界都可以收到。当时世界舆论沸腾,在十多天里,报纸每天的头版新闻都有它的消息。从此,人类在天庭上开始演出一幕又一幕的登天壮剧。

“宇宙神”览胜人们常把运载火箭称为“宇宙之神”。目前世界上投入使用的运载火箭已有数十种。无论是运载火箭的种类和数量,还是火箭的运载能力,美国和俄罗斯占有绝对优势。但由于中国、法国、日本等国运载火箭的崛起,打破了美、俄的航天领域的独霸局面。

当今世界上有几种最享盛名并进入商业发射市场的运载火箭,它们激烈竞争,建立起了竞相发展的新格局。

美国投入发射市场的运载火箭,有“宇宙神”“大力神”“德尔塔”等几种系列火箭。

美国的“宇宙神”火箭首先用于商业发射。它由“宇宙神”洲际导弹改装,与不同的上面级组成多种运载火箭。其中名声颇大的“宇宙神”--半人马座号火箭,质量139吨,已发射70多次。它的低轨道运载能力为6至68吨,同步转移轨道的运载能力为29至38吨。截至1993年底,“宇宙神”火箭已发射259次,其中成功224次,成功率为865%。2000年前,已安排62次发射,大部分是执行发射军用卫星和商业卫星的任务。“大力神”火箭用两级液体燃料洲际导弹改装,加一级捆绑大型固体燃料助推器,并逐渐形成了“大力神”系列火箭。其中“大力神”3型火箭从1966年首次发射到1986年8月,共发射135次,成功130次,成功率较高,因此很快投入商务市场。现在常用的“大力神”34D火箭,1982年11月30日首次飞行成功,1989年12月31日首次用于商业发射,将英国和日本各一颗通信卫星送入预定轨道。美国现在研制威力更大的“大力神”四型运载火箭,整个火箭长6217米,最大直径508米,其地球同步轨道的运载能力达到45吨。美国专门研究的“德尔塔”三级运载火箭基本型长23米,最大直径24米,起飞质量52吨,起飞推力63吨力。截至1992年3月,“德尔塔”火箭发射208次,其中失败12次,具有较高的成功率。

俄罗斯的“质子”号火箭,是世界上使用最为频繁的一种航天运载工具。

1965年首次发射成功以来,先后用它发射各种通信卫星、星际探测器和“礼炮”号轨道站,成功率达到93%。“质子”号火箭采用并、串联式结构,先后拥有二级、三级、四级等3种型号。最大的四级“质子”号火箭全长458米,底部最大直径74米,起飞质量约800吨。它的近地轨道有效载荷可重达20吨,地球同步轨道的有效载荷重22吨至4吨。1971年4月19日把重达175吨的“礼炮”1号轨道站发射到预定轨道,显示了它的巨大运载能力。

它先后发射成功6个“火星”号、8个“金星”号探测器以及各种通信卫星。

特别是1986年2月20日发射“和平号”轨道站获得成功,充分表明这种火箭的优越性能。它目前已投入国际商务发射市场。

日本于1975年9月9日用N-1火箭发射一颗“菊花”1号试验卫星,到1984年N-1火箭共发射7次。1981年2月又用N-2火箭把“菊花”3号通信卫星送入地球同步转移轨道。N系列火箭进入发射应用卫星的阶段。

1986年8月13日,日本第一枚第一代H-1火箭同时将两颗卫星发射入轨。

特别是日本1994年2月4日发射成功的H-2火箭,技术上发展很快。这是一种捆绑两个大型固体燃料助推器的两级火箭,第一、二级均采用液氢液氧发动机,火箭总长50米,最大直径4米,起飞质量260吨,可将4吨重的有效载荷送入地球同步转移轨道。现已3次发射卫星成功。H-2是日本90年代具有很大竞争实力的商业发射运载工具。

1979年12月24日,欧空局研制的“阿丽亚娜”1型火箭首次试飞成功,标志西欧12个国家联合体在航天领域的崛起。截至1995年底,“阿丽亚娜”火箭共有4种型号,共发射81次,其中有5次失败。目前常用的“阿丽亚娜”4型火箭于1988年6月15日一举将3颗通信卫星送入预定轨道。这是一种三级液体燃料火箭,根据捆绑助推器的不同,又分为6个不同的型号。火箭全长584米,最大直径38米,起飞质量413吨,起飞推力570吨力(5590千牛)。如果采用4台捆绑第一级的液体燃料火箭助推器,能分别将19吨至42吨的有效载荷送上地球同步转移轨道。1988年6月15日,这种“阿丽亚娜”44LP型火箭首次发射成功,到1994年12月共发射42次,其中3次失败。“阿丽亚娜”4型运载火箭每年都有七八次发射任务。1996年6月新研制的“阿丽亚娜”5型火箭首次发射,其同步转移轨道的运载能力可达69吨,但是,火箭起飞后37秒,突然凌空爆炸,这使欧洲历时11年、投资达74亿美元的最大的航天项目受到了重创。

天上第一星1955年,前苏联科学院主席团曾向数百位科学家发函通知:

“请对人造地球卫星的应用提出意见,您认为它在宇宙空间可能做些什么?”结果回答各不相同,有人非常同意搞人造卫星,但说不太清它能干什么,有人则写道:“我对想入非非不感兴趣,我认为空间弹丸是2000年的事。”甚至还有人写道:“我看不出人造地球卫星会有什么用处。”然而,仅仅两年之后,人们的认识便起了翻天覆地的变化。

1957年10月4日,一个划时代的日子。前苏联拜科努尔发射场上矗立着一枚巨大的两级液体火箭,火箭顶部装着一颗银色的小球--人造地球卫星1号。随着发射前10秒钟倒计时的指令,一声惊天动地的巨响,火箭喷出万丈烈焰,直插九天,几分钟后,卫星与火箭分离,沿着椭圆形的轨道飞行。

它发出的嘀、嘀、嘀的电波,全世界都可以收到。它的声音震撼了全球,不论是科学家还是平民百姓,在它升空的那几天里,都伫立在寂静的夜空下,用目光搜寻这颗闪烁的小星在天庭上划下的光痕,天天报纸的头版上都有惊呼、感叹、评价这颗卫星的报道。

第一颗人造卫星的构造并不复杂,比起现在形形色色的卫星来说,它简陋得无法与之相比。它是一个直径58厘米的铝合金球体,由两个半球壳对接而成,质量836千克,星上有4根鞭状天线,其中一对长24米,另一对长29米,卫星内装4台功率为1瓦的无线电发射机,以及化学电池、温度与压力传感器等少量的科学仪器。它进入太空后沿椭圆形轨道绕地球飞行,近地点228公里,远地点947公里,轨道平面与地球赤道平面的夹角为651度,绕地球一周962分钟。它在太空进行了星内温度、压力试验、地球大气密度测量和电离层研究。人造地球卫星1号在天上共飞行了92天,绕地球1400圈,于1958年1月4日再入大气层烧毁。前苏联第一颗人造卫星人造卫星的出世,造就了一个新时代。有两位开创者的姓名,历史是不会忘记的,他们就是前苏联第一枚运载火箭“卫星”号的总设计师--科罗廖夫和第一颗人造地球卫星的总设计师--吉洪拉活夫。

第一颗人造卫星的主要设计者是米·吉洪拉沃夫。他1900年生于弗拉基米尔城,少年时代就开始涉猎齐奥尔科夫斯基的著作,对宇航发生浓厚兴趣。

1927年他结识了科罗廖夫,后来一道加入火箭研究小组,并倡议建立了喷气推进研究小组。他们占用莫斯科沙多沃--斯帕斯基街19号的一间地下室,集合一批志同道合者着手研制火箭发动机。1933年8月17日,当前苏联第一枚试验液体火箭在莫斯科郊外的纳哈宾诺附近发射成功时,吉洪拉沃夫孕育了开发人造卫星的思想。他认真研究了齐奥尔科夫斯基的《宇宙火箭列车》、《火箭最高速度》等著作,论证了就当代火箭发展水平而言,能够获得第一宇宙速度发射卫星所必备的条件。

1934年2月17日,吉洪拉沃夫去卡卢加城会见齐奥尔科夫斯基,受到这位宇航先驱的教诲。这次会见使吉洪拉沃夫最终选定了自己的目标:造出人造地球卫星,实现人到太空遨游。