近日,俄罗斯航天公司负责人德米特里·罗戈津在莫斯科向媒体胜利宣布,该公司刚刚完成了俄罗斯第一枚超重型火箭的设计,他的副手亚历山大·洛帕丁被任命领导这项工作。这一声明是俄罗斯航天科学家几年积极工作的结果,目的是试图开发俄罗斯自苏联解体以来最雄心勃勃的太空项目。但这枚俄罗斯超重型火箭能不能造出来呢?
根据俄罗斯宇宙飞船的定义,一枚超重型火箭能够将至少35吨货物送入近地轨道。但其他航天大国和机构倾向于将“超重型火箭”描述为能够向近地轨道运载至少50吨货物。如阿波罗时代的土星5号,可以携带140吨进入近地轨道,这帮助美国在20世纪60年代末和70年代初完成了大胆的登月计划。50年后,这些超级火箭又重新流行起来,成为启动雄心勃勃的人类探索项目的唯一现实手段(除非太空电梯或光子发动机实现一些巨大的工程飞跃)。
在美国,美国国家航空航天局(NASA)以及SpaceX和Blue Origin等私营公司已经在开发或发射越来越大的火箭,跨过了俄罗斯35吨的标准。中方也在试图研制一种名为长征9号的超重型火箭,近地轨道运输能力接近100吨。随着如此多的大国积极追求他们的超重型火箭野心,莫斯科越来越担心其太空计划落后。在过去20年里,俄罗斯的太空影响力逐渐落后美国、欧洲、中方之后,需要一些东西来证明它在这场新的全球太空竞赛中仍然是重量级选手。
2018年1月28日,俄罗斯总统弗拉基米尔·普京签署了第32号法令,批准研制超重型火箭。在接下来的两年里,俄罗斯工程师筛选了大量可能的设计。一个受欢迎的提议是重振苏联时代的能源号火箭,该火箭最初是为发射苏联航天飞机设计的,但要按原样重启几乎是不可能的,需要做出重大设计改变。
能源号火箭使用齐柏林飞艇形状的中心体,实际上是由两个装有低温冷却液氧和氢推进剂的燃料箱串联而成的。燃料箱为四个超级强大的发动机提供动力。俄罗斯如果选择能源号,实际和美国实际上为其SLS超重型火箭选择类似,因为SLS也选择了当初发射航天飞机的火箭,不过美方是固体火箭。但三十年后,选择能源号的问题是,它的部件太大了,无法在一个比苏联小得多、也没有苏联富裕得多的国家运输。
与美国不同的是,俄罗斯堪用的海上路线,将一个超大的火箭核心级,从俄罗斯欧洲部分的火箭工厂(比如建造今天的联盟号火箭的萨马拉市)运到远东的沃斯托奇尼航天港发射场。过去苏联政府的做法是使用战略轰炸机改装而成的定制货机来运输,耗资巨大。但今天俄罗斯没这个空运能力,就只能把所有主要部件安装到火车车厢上,然后这些车厢可能会穿过狭窄的隧道并横跨西伯利亚的蜿蜒铁路。
为此,俄罗斯对能源号进行了修改,放弃使用高风险的氢燃料,而选择效率较低但更浓缩的煤油燃料,然后将火箭助推器“分割”成七个助推器,每个助推器的发动机都足够小,可以安装在火车车厢上。一个较小的氢氧发动机安装在上面级,任务是将其货物从绕地球的初始轨道推入深空。俄罗斯将这个修改过的超重型火箭命名为“叶尼塞号”,以西伯利亚大河的名字命名。
虽然在设计如此大的火箭时,缩小火箭助推器的尺寸似乎有违直觉,但多机并联方法确实提供了一些明显的优势。每个单独的助推器也可以用来建造中型火箭,发射规模小得多但更实用的任务,如通信卫星。事实上,这正是俄罗斯科学家所做的,这种中型火箭命名为“额尔齐什”,这是西伯利亚的另一条河流。这种方法很像SpaceX的猎鹰重型,它由三个猎鹰9号第一级组成。
有了叶尼塞和较小的额尔齐什火箭,俄罗斯可以使用相同的工厂、机械和工人来为商业、军事和科学任务输送不同类型的火箭,从而将成本分摊到整个家族。因此罗戈津本月在Twitter上自豪地说:“俄罗斯超重型叶尼赛火箭的成本将远远低于美国太空发射系统(SLS)。”按计划,俄方的“额尔齐什”火箭最早应该在2023年从哈萨克斯坦拜科努尔的现有发射台开始飞行,然后叶尼赛于2028年在俄罗斯新的沃斯托奇尼航天港发射升空。
俄罗斯最新的超级火箭之路在纸面上看起来是合理的,但不幸的是,外界严重怀疑这种技术上可行的方案能否在现实生活中实施,更不用说在短短八年内实现了。俄罗斯兑现重大太空承诺的历史,相当糟糕,因为这个国家一直生活在苏联伟大遗产的阴影下。俄罗斯从苏联继承了大量的火箭,其资金很大程度上来自与西方的广泛商业和科学合作。这些联合项目大多是在鲍里斯·叶利钦于20世纪90年代建立的。
但到了2010年代,俄罗斯几乎失去了在商业发射市场的地位。除了层出不穷的发射失败之外,普京与西方的对抗(特别是他在2014年吞并克里米亚)促使欧美合作伙伴尽量减少与Roscosmos的交易,剥夺了该行业的主要收入来源。从那时起,俄罗斯航天公司将在很大程度上依赖于俄罗斯经济。一个尴尬的现实是,在过去15年,俄罗斯除了试射两枚安加拉火箭,从未将一枚新火箭投入运营,大多对苏联时代火箭的进行适度升级,如联盟号和质子火箭。
俄罗斯宇宙飞船真的能够在建造新的生产工厂、新的发射基础设施和跨越几个时区的运输系统的同时,部署一枚更大的火箭吗?虽然建造这样一枚火箭的可能性充其量仍不确定,但它将实际发射什么也是一个更大、可能更困难的问题。也就是说,造这么大的火箭有什么用?俄罗斯是有能力登月,还是要发射空间站呢?即使是俄罗斯科学家在20世纪90年代构思的无比小而简单的机器人月球探测器,仍然在装配室里积满灰尘。
2009年,克里姆林宫批准开发联盟号火箭的替代品,该火箭本应在2015年进行首次试飞,并于2018年与载人飞船一起飞行,但这两个目标都没有完成。现在俄罗斯还称将在2023年发射第一个被称为“鹰”的新载人飞船原型。近年来,俄罗斯已经证明了它有能力为大型国家项目整合资源,比如花费在索契奥运会上的500亿美元。但是钱不能买到一切。太空计划不仅需要稳定的资金,而且需要高素质和积极的工人和工程师,广泛的技术,测试设施和称职的管理。俄罗斯能够克服一系列困难造出叶尼赛火箭吗?2023年和2028年将会揭晓答案。