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暴风雪号航天飞机

暴风雪号航天飞机,是苏联唯一一架真正完成建造及发射的航天飞机。暴风雪号航天飞机外形与美国航天飞机相似,机翼呈三角形。

暴风雪号航天飞机于1988年11月15日从拜科努尔航天发射场首次发射升空,47分钟后进入距地面250公里的圆形轨道。暴风雪号绕地球飞行两圈,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。

由于暴风雪号耗资巨大,加上1991年苏联解体,暴风雪号计划正式宣告结束。之后暴风雪号航天飞机和能源号火箭存放在拜科努尔航天发射场的厂房里。2002年,暴风雪号因拜科努尔的厂房坍塌而被摧毁。

中文名称暴风雪号航天飞机英文名称The Space Shuttle Buran
研制国家苏联发射场拜科努尔航天发射场
运载工具能源号运载火箭首次发射1988年11月15日
末次发射1988年11月15日发射次数1次

主要外形与技术参数

暴风雪号航天飞机,外形与美国航天飞机相似,比美国航天飞机略大。暴风雪号航天飞机长36.37米,高16.35米,翼展23.92米,最大起飞质量105吨,返回后着陆重量为82吨。暴风雪号有一个长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。

暴风雪号航天飞机效果图 

图:暴风雪号航天飞机效果图

暴风雪号航天飞机由轨道器和运载火箭组成。轨道器的外形与美国航天飞机轨道器相似,但轨道器上没有起飞时使用的主发动机,因而有更大的密封座舱容积和有效载荷量,可容纳10名航天员,可将30吨货物从地面带到太空,将20吨货物从太空带回地面,最长可在太空飞行30天,返回时可机动飞行,有更大的着陆时间和空间选择。

暴风雪号航天飞机(右)与美国挑战者号航天飞机外形对比

图:暴风雪号航天飞机(右)与美国挑战者号航天飞机外形对比

运载暴风雪号航天飞机轨道器的是能源号运载火箭。这种火箭是在N-1运载火箭的基础上研制的,是迄今已使用过的火箭中最大的火箭。它由芯级加液体助推器组成,根据不同大小的载荷使用不同数量(4-8枚)的助推器,最大有效载荷可达270吨。发射暴风雪号航天飞机轨道器时使用4枚助推器。与其它火箭发射航天器时的情形不同,暴风雪号航天飞机不在火箭的顶端,而是驮载在火箭的侧身上。在这里,能源号运载火箭大致相当于美国航天飞机的外贮箱和固体火箭助推器。

发射流程

倒计时30分:清理发射台

倒计时11分:发射系统开始自检

倒计时8秒:能源号火箭主发动机点火

倒计时0秒:助推发动机点火,发射升空

发射后150秒:助推火箭分离

发射后480秒:推进火箭燃尽,落入太平洋

发射后47分:暴风雪号进行42秒变轨机动,抵达高度250千米的轨道

与美国航天飞机的区别

虽然暴风雪号航天飞机在原理、外形、大小等与美国航天飞机大致相同,但也有部分区别:

1、主发动机

暴风雪号的主发动机不是装在航天飞机尾部,而是装在能源号运载火箭上。这样就大大减轻了航天飞机的入轨重量,同时可以腾出位置安装小型机动飞行发动机和减速制动伞。虽然暴风雪号比美国的航天飞机略大了一些,但暴风雪号的重量反而减轻了约5吨,这样就可以多装一些有效负荷。

美国航天飞机的主发动机是安装在航天飞机的尾部,航天飞机与外挂燃料箱相连,发射时启动,并在助推器分离后继续工作直至入轨。

2、着陆方式

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。

3、着陆速度

美国航天飞机的着陆速度为213-226千米/小时(使用减速伞);苏联暴风雪号航天飞机的着陆速度为310-340千米/小时,不难看出,在此方面美国优于苏联。

4、机械臂

美苏航天飞机均装有机械臂,不过美国的机械臂可回收轨道上的卫星和释放卫星进入空间,苏联的则不行,因为其机械臂仅能用于把和平号空间站的1个对接口上的专用实验舱移到另一个对接口上。

5、对接装置

暴风雪号航天飞机一开始就设有与空间站对接装置,原计划在第2次飞行时就与和平号空间站对接。

而在1995年以前美国没有空间站,故美国的航天飞机没有安装对接装置,在此期间均是独自飞行执行各种任务。后来,为了与俄罗斯和平号空间站对接,才增设了对接装置。

6、逃逸系统

鉴于美国挑战者号航天飞机惨痛事故,苏联暴风雪号航天飞机增设了逃逸系统并决定先进行无人飞行。

而美国航天飞机没有逃逸系统,哪怕在挑战者号事故、哥伦比亚号事故之后,也没有安装逃逸系统,且美国的航天飞机第一次发射均为载人发射。

暴风雪号与联盟号运载火箭、美国航天飞机外形对比

图:暴风雪号与联盟号运载火箭、美国航天飞机外形对比

研制历史

早在太空时代之前,就有人讨论过建造可重复使用的飞机形航天器了。如俄国的齐奥尔科夫斯基就考虑过将飞机送入大气层以外的可能性。苏联的航天功臣科罗廖夫很早就将RP-318滑翔机安装上火箭引擎做试验。20世纪60年代,米高扬设计局设计了一种可重复使用的小型飞船螺旋(Spiral)号,它由超音速飞机发射,发射后则由自备的捆绑火箭作动力源。

70年代初,美国制定了研制航天飞机的计划,并将其列为载人航天的首要项目。美国人最初的目的是为了发展一种更经济的轨道运输工具以取代宇宙飞船和运载火箭,但苏联当局则将这一新型航天器视为未来美国搭载核武器的工具,并于1976年决定发展类似的航天器作为对这种“威胁”的回应。苏联人将其取名为“暴风雪”。当年米高扬设计局从事螺旋计划的部分技术人员,以及来自莫尔尼亚、米亚西舍夫等设计局的一些工程师也被调去从事暴风雪计划。暴风雪的主体由新成立的莫尔尼亚联合体全权负责研发。

与暴风雪一起研制的是能源号运载火箭,用来发射暴风雪号航天飞机,也可以单独作为运载火箭使用,这与美国航天飞机设计不同,主要是出自苏联没有开发大型固体火箭经验的考虑。这个设计是由能源联合体的负责人Valentin Glushko提出的。暴风雪号自身没有主推进引擎,只有两个小型引擎供调整轨道姿态用,起飞时它可以看作是能源号火箭的载荷。很多人认为,这一设计实际上要优于美国的航天飞机,因为如此做法将降低航天飞机的事故率,并可提高其搭载的有效载荷。但在暴风雪与能源火箭对接并运送到发射台的过程中,采用的是水平运输的方式,这显然没有美国的垂直运输来得方便。

最初的设计(有些还早暴风雪计划)有几种,分别由米高扬、米亚西舍夫、切诺梅等设计局提出,各方案差别非常大,其中包括改良螺旋号飞船,使其可以用质子号火箭发射的方案。其中一种设计甚至没有机翼结构,这是为了使其更适合高速大迎角飞行;最后的着陆则通过降落伞调整。但最终苏联人还是采用了三角翼的设计。

拜科努尔航天发射场为暴风雪号航天飞机和能源号火箭建造了3座发射台,但3号发射台从未使用过。

暴风雪号的设计要求是可使用100次以上,能够将30吨有效载荷送入200千米高、倾角50.7度的地球轨道;标准机组成员4人,包括正副驾驶员各一,另有2名从事舱外活动和其他领域研究的宇航员。在暴风雪号航天飞机上要能够进行复杂的军事研究。抵抗敌对国家的军事活动也是暴风雪号的设计任务之一。同时研制暴风雪号的目的还有研究美国的航天技术以增强苏联的实力。

背负暴风雪号航天飞机的安-225大型运输机

图:背负暴风雪号航天飞机的安-225大型运输机

另外,安东诺夫设计局还为解决暴风雪号的运输问题专门设计了安-225大型运输机。安-225于1985年开始设计,1989年首次背负暴风雪号飞行,是目前已有的体积最大、载重能力最强的飞机,迄今只生产了1架。它的原形是安-124,但采用的是双垂直尾翼设计,运载能力比安-124提高了50%。

地面测试

最初,暴风雪承担的角色是航天武器和空间站(尤其是日后的和平号空间站)运输工具。航天飞机的建造工作在1980年开始,第一架全尺寸航天飞机模型完成于1984年。据信前苏联共建造了数架航天飞机,这是为了解决他们计算机模拟技术薄弱而作的。他们在不同的机身上安置了不同的电子设备,采用了不同的设计以作测试用。其中供太空飞行用的几架编号分别为OK-1K1、OK-2K1、OK-1K2、OK-2K2和OK-3K2(后两架似未完工),其他都是仅供地面试验的,有些机身还不是完整的。

暴风雪号航天飞机正在进行组装测试

图:暴风雪号航天飞机正在进行组装测试

 

飞行测试始于1983年,但最开始只是用小型比例模型作试验。首架全尺寸模型在试飞24次后报废了;最后一次飞行测试是在1988年春。参加测试的模型多用“宇宙****”为编号。

1985年,暴风雪号的机翼运抵拜科努尔。同年还进行了能源号火箭的第一次点火测试,但在点火后2.58秒,系统检测到发动机涡轮出了故障;随后的测试还发现了液氦泄露等问题。第二次测试是成功的,发动机运行了390秒。为保证有充足的冷却水做测试,附近的城市不得不停水10天。

暴风雪号航天飞机在进行飞行试验

图:暴风雪号航天飞机在进行飞行试验

而暴风雪计划的弊病也逐渐暴露出来:几乎所有的研制进度都没有达到最初的要求。别的不论,单是暴风雪号的零件运输也成了大问题:人手不足,经验不够。苏联政府召集了大量工人前往拜科努尔,使这里为航天飞机准备的211设施工作人员从600人骤增到1800人。1986年5月,刚刚组装好的暴风雪号开始进行电子系统的测试。8-9月开始进行能源号火箭的发射试验。

在暴风雪号真正上天之前,苏联共进行了140余次飞行试验,其中包括近70次自动着陆试验。

首次发射

暴风雪号航天飞机于1988年11月15日3时00分(UTC时间)在拜科努尔航天发射场2号发射台发射升空,成功进入近地点247公里,远地点256公里的轨道。

由于此次任务是无人测试飞行,所以机上生命保障持系统没有运转,也没有为操控台安装任何软件。由于计算机存储能力的限制,暴风雪号只环绕地球飞行了2圈,3小时25分钟后成功返回地面。(有传言说这次飞行使暴风雪号遭受的损伤无法再恢复,暴风雪号也不能重返太空;但此说法未被官方证实)

暴风雪号航天飞机发射点火瞬间

图:暴风雪号航天飞机发射点火瞬间

在这次任务中,暴风雪号用时206分钟围绕地球飞行两周。返回地球时,航天飞机在哈萨克拜科努尔航天发射场的跑道上进行了自动降落程序。虽然当时正吹着17米每秒的侧风,但航天飞机仅仅比预定向侧超出3米及向前超出10米,顺利降落。

这次自动飞行的难度显然要比美国1981年哥伦比亚号航天飞机有人驾驶的首次飞行任务大得多。暴风雪号配备有小型发动机,可以在一定程度上实现有动力返航,如果第一次着陆失败还可作二次飞行;它还可以通过机翼舵面调整飞行姿态,着陆时机动性也比美国的航天飞机强。

从第一次飞行执行的任务看,这显然不是计划中唯一的一次无人飞行试验,因为这次飞行连最重要的生命保障系统都没有测试。自动飞行是很成功的,它顺利抵抗住了速度达每小时34千米的侧风,降落后机身中线与跑道中线距离只有5英尺。这意味着即使是在发射时间上已落后于美国的航天飞机领域,苏联的航天技术仍然是世界一流的。

暴风雪号的成功首飞给各国带来了很大影响,人们期待着它能够早日作载人飞行。同年,苏联发行了一枚以暴风雪号为主题的邮票。

最后的结局

1988年首飞后,用于暴风雪计划的资金濒临耗尽:仅仅是开发航天飞机系统本身就花费了13亿卢布之巨,整个项目的开销超过了200亿卢布。而苏联当局也逐渐考虑起庞大的投资与发展航天飞机带来的益处之间的关系。暴风雪计划在某种意义上加速了苏联的瓦解;而苏联解体后,昔日的计划更是彻底失去了经济支持。1991年,苏联军方停止了对该计划的拨款支持。1993年,暴风雪航天飞机机身的设计者,莫尔尼亚联合体被迫承认,暴风雪计划就此结束。他们希望能够转向开发其他小型航天设备,但因资金不足,只能作罢。

自1988年至今,暴风雪号航天飞机没有再进行过太空飞行,和平号空间站只能利用一次性飞船和美国航天飞机作为往返工具。按原计划,第二架航天飞机将于1991年首飞,第3架则是在1992年建造完成,而首次载人飞行将在1994-1995年间进行。但由于政治和经济原因,这一切都没有实现。所有航天飞机只能存放在库房中,任灰尘飞扬,仪器老化。而未完工的两架则已在90年代中期被拆解。

暴风雪号航天飞机因厂房坍塌被毁

图:暴风雪号航天飞机因厂房坍塌被毁

2002年,暴风雪号航天飞机中可以飞行的一架连同能源号火箭一道,因拜科努尔航天发射场的厂房坍塌而被摧毁。至此暴风雪计划在凄凉惨淡中彻底终结。

建造数量

苏联总共建造过5架用于开展飞行活动的航天飞机,分别为:

项目编号:1.01,暴风雪号,是苏联唯一一架进行过自动驾驶模式下太空飞行的航天飞机,于2002年5月12日被完全拆解。

项目编号:1.02,小鸟号,原计划用于实施第二次自动驾驶模式下的太空飞行并与和平号空间站实施对接。被拜科努尔航天发射场博物馆收藏。

项目编号:2.01,贝加尔湖号,至停工前只完成了30-50%。

项目编号:2.02,只完成了10-15%。

项目编号:2.03,未完工便被拆毁。

除此之外,苏联还建造过8架测试模型,用于进行各种验证活动,德国一家地方博物馆曾以1000万欧元的价格购买其中的一架。由于在资金方面遭遇巨大障碍,俄罗斯于1993年最终取消了有关“暴风雪”航天飞机的一系列计划。

暴风雪号航天飞机
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最新更新:2015-08-02 13:51
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