俄罗斯新一代火箭首次试飞成功

□ 李浩悦

莫斯科时间7月9日16时，俄罗斯最新研制的轻型“安加拉”1.2PP（PP意为“首次发射”）火箭从普列谢茨克航天发射场起飞，222秒后，火箭一子级分离，继续飞行232秒后，整流罩成功分离，在发射约21分钟后，火箭飞抵距发射场5700千米的勘察加半岛库拉靶场。

“安加拉”1.2PP是专门用于此次首飞任务的火箭型号，为两级型火箭，一子级和二子级均为通用火箭模块，此次飞行仅携带模拟有效载荷进行亚轨道飞行，目的是验证各子级、箭载系统及地面发射支持系统的性能，为计划在2014年12月底首飞的重型“安加拉”A5火箭做准备。

“安加拉”火箭是完全由俄罗斯设计、研制和生产的新一代火箭，可从俄罗斯境内向不同的轨道发射各种类型的卫星，使俄罗斯真正具备完全独立进入空间的能力。该火箭研发工作前后用了近20年时间，耗资约30亿美元。

跌跌撞撞走过20年

“安加拉”1.2PP火箭发射升空

苏联解体后，原先完整配套的航天体系分散在各个国家，比如：世界上最大的发射场——拜科努尔航天发射场位于哈萨克斯坦境内，俄罗斯“质子”号重型火箭发射依赖该发射场。为了摆脱对原加盟共和国的依赖，在国际航天发射市场保持长久的竞争力，俄罗斯决心研制新的火箭，该火箭的所有系统的研制生产都应在俄罗斯完成，并且要从俄罗斯境内的发射场发射。

1992年8月3日，在军事航天部队科技委员会《运载工具的现状及其未来发展改进》的问题的决定和1992年9月15日俄联邦政府决议的基础上，宣布招标研制新的重型火箭系统。项目在“能源”火箭航天集团、赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心（以下简称赫鲁尼切夫公司）和“马克耶夫设计局”国家导弹中心三家公司间竞争。最后，以研制生产“质子”号火箭闻名的赫鲁尼切夫公司胜出。

使用贝加尔助推器的“安加拉”火箭方案

新火箭名为“安加拉”，源自俄罗斯西伯利亚东南部的安加拉河。1994年8月，赫鲁尼切夫公司启动“安加拉”火箭的研制工作。该公司起初打算在乌克兰“天顶”号火箭基础上进行开发，并于1995年6月拿出了初步设计方案，但遭到否决，因为俄罗斯需要的是可以完全取代“旋风”号、“天顶”号、“宇宙”号、“隆声”号和“质子”号火箭的新型系列化火箭。1998年4月，赫鲁尼切夫公司完成了最终方案设计。新火箭按照模块化、通用化的设计原则，利用通用火箭模块、上面级的不同组合，形成多种型号的火箭，并且所有型号的“安加拉”火箭均可在同样的发射设施上执行发射任务。

按照最初的计划，“安加拉”火箭应当于2005年进行首次飞行试验，然而由于缺少足够的国家支持，订货方和执行方沟通协调不足，国家拨款时断时续，期间还遭遇了两次世界经济危机。赫鲁尼切夫公司不得不向银行借贷60亿卢布研发资金。2008年以后，火箭研制步伐开始加快，赫鲁尼切夫公司多次放出“安加拉”火箭即将试飞的消息，但首飞时间数度推迟，先是2011年，后又改为2012年、2013年、2014年。

近年来火箭研制工作的重要进展如下：

2009年4月29日，在导弹航天工业科研试验中心进行第一级通用火箭模块第一批冷试车，目的是综合调试发动机低温推进剂（液氧）供给系统及其控制逻辑。

2009年6月18日，在导弹航天工业科研试验中心进行第二批冷试车，这次使用了两种推进剂，在试验台条件下综合检验的推进剂供给系统的工作能力。

2009年7月30日，在导弹航天工业科研试验中心IS-102试验台上进行第一级通用火箭模块的点火试验，试验工作2009年11月26日结束。

2010年11月18日，在导弹航天工业科研试验中心成功进行了第二级通用火箭模块点火试验，这是飞行试验前的最后阶段的地面试验。

2011年5月23日，俄联邦国防部与航天局组成的跨部门委员会确定，RD-191发动机顺利结束了地面调试。

2012年10月，顺利结束了“安加拉”火箭结构部件的低温强度测试，验证了火箭第三级舱段的强度，以及“安加拉”A3和“安加拉”A5的结构分离部件。

此外，第一级通用火箭模块作为韩国“罗老”号火箭的第一级，分别于2009年、2010年和2013年进行了三次飞行（只有最后一次成功）。

2012年11月，俄罗斯国防部长邵伊古在到发射场视察中，了解“安加拉”火箭发射设施的工作进展情况，决定对发射场设施的建设工作进行严格监督，制定了明确的发射时间表，空天防御部队司令每天听取工作进展报告，国防部副部长鲍里索夫每两周听取一次汇报，国防部长邵伊古每月听取一次工作进度汇报。正是在军方高层的监督下，发射场的设施建设进度才有了保障。

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在2013年5月底，俄副总理罗戈金在俄政府总理梅德韦杰夫参加的会议上表示，“安加拉”火箭预计将于2014年5月底从普列谢茨克发射场发射。直到2014年6月，人们才第一次看到“安加拉”1.2PP火箭伫立在发射台上。预订6月25日的试射推迟到27日，可就在发射前79秒，火箭因技术故障自动推迟发射，当时，观看直播的普京总统大为恼火，要求尽快查清故障原因。

俄专家在初步评估后认为，需要将火箭从发射台撤下进行详细故障排查。7月初，该火箭再次被运往发射台，并于9日发射成功。

“安加拉”系列火箭结构示意图

等待发射的“安加拉”

先进的设计理念

1.模块化、系列化、通用化

“安加拉”系列火箭最大的特点是采用模块化、系列化、通用化的设计理念。高度标准化的第一级和第二级通用火箭模块（URM-1和URM-2），以及两种系列上面级（“微风”号系列和使用氢氧发动机的低温上面级）构成了各型安加拉火箭的基础。

第一级通用火箭模块URM-1长25.1米，直径2.9米，配装RD-191液氧/煤油液体火箭发动机，加注燃料后的重量达149吨。根据火箭第一级所用URM-1数量不同，“安加拉”火箭可分为4个型别8种型号：轻型“安加拉”1火箭（包括“安加拉”-1.1、-1.2）第一级使用一个URM-1；中型“安加拉”A3火箭（包括“安加拉”-A3、-A3/KVSK）；重型“安加拉”A5火箭（包括“安加拉”-A5、-A5/KVTK）分别使用三个和五个URM-1；未来还可能会出现使用7个URM-1的重型“安加拉”A7火箭（包括“安加拉”-A7.2、-A7.2V）。其中，最轻的“安加拉”火箭发射质量149吨，而最重的火箭发射质量超过1100吨，近地轨道运载能力覆盖范围达2吨～50吨。

除了通用火箭模块外，“安加拉”火箭在控制系统、测量设施、有效载荷整流罩等方面也大量采用标准化组件。此外，“安加拉”系列火箭的地面发射系统继承了“天顶”号火箭的发射阵地，具有射前准备和发射操作过程高度自动化的特点，发射阵地可用于“安加拉”系列所有型号火箭的发射，发射阵地只需做少量改变，即可交替发射“安加拉”系列不同型号的火箭。

“安加拉”系列各型火箭基本性能参数

2.清洁的高性能液体火箭发动机

俄罗斯现役重型“质子”火箭发动机使用有毒的四氧化二氮/偏二甲肼做推进剂，在贮存、运输及加注等操作过程中需要特别处理，火箭子级溅落所含的剩余燃料会污染土壤，火箭发射一旦发生事故，也会对环境造成重大污染。

值得强调的是，俄罗斯在研制补燃循环液氧煤油火箭发动机方面经验丰富，技术水平遥遥领先其他国家。俄上世纪80年代研制成功地面推力740吨级的四燃烧室RD-170发动机，达到了液体火箭发动机的技术顶峰，90年代后向美国、欧洲、印度、韩国等国家出口发动机产品和相关技术。美国“宇宙神”5号火箭使用的RD-180发动机正是RD-170发动机的双燃烧室改型，“安加拉”火箭URM-1所用的RD-191发动机同样源自RD-170发动机，是其单燃烧室型改型，地面推力200吨，是生态清洁的高性能液体火箭发动机产品。

3. 箭体结构件大量使用复合材料

第一级可重复的“贝加尔”助推器

研发中的“贝加尔”可重复使用助推器

“贝加尔”可重复使用助推器多视角图

结构件中复合材料的比例，是火箭现代化水平的重要标志。俄罗斯奥布宁斯克“工艺技术”科研生产企业总经理奥列格·科米萨尔表示，“安加拉”重型火箭广泛使用聚合物复合材料（其用量比“质子”-M火箭高出20%）。科米萨尔特别指出，“安加拉”火箭大量使用复合材料制造火箭头部整流罩。复合材料壳体质量轻，强度高，还可降低噪声影响。如果头部整流罩使用铝和玻璃钢，为了抵御火箭发射时高达100分贝的噪声对有效载荷的影响，内部需要包裹半米厚的护垫，这不仅增加了质量，也减少了内部空间。赫鲁尼切夫公司与奥布宁斯克“工艺技术”科研生产企业共同开发了新的5米直径重型火箭整流罩，相对于当前使用的直径4米的整流罩，可将火箭的运载能力从6吨提高到8吨。

4.未来或可发展出部分可重复使用的产品

“安加拉”火箭的引人之处还在于提出了第一级可重复使用概念，即研制可重复使用的一子级通用助推器——“贝加尔”助推器。这是一种外形与飞机相似的可返回重复使用的火箭助推器，它带有机翼和尾翼，是一种可以自动控制的飞行器。火箭起飞时，助推器两侧的机翼折叠，利用火箭发动机点火推动火箭加速上升，上面装有大约110吨的推进剂，可以把火箭送到大约60 千米的高空。随后，“贝加尔”助推器与火箭其他部分分离，机翼打开，滑行飞过稀薄的外大气层。最后，安装在飞行器笔尖型部位的喷气式发动机开始工作，并利用自己的导航系统使助推级像飞机一样返回发射基地。

俄专家分析认为，使用“贝加尔”助推器可以节省30%的发射成本。“贝加尔”助推器研制工作还在进行当中，同时也面临俄罗斯国内其他类似设计方案的竞争，未来能否实现还不确定。

对俄罗斯火箭发展的影响

由于“安加拉”系列火箭运载能力覆盖范围宽，完全研制成功后将可以取代“质子”-M（“安加拉”-A5、-A7)，“天顶”-2（“安加拉”-A3），“旋风”-2/3（“安加拉”1.2）和“宇宙”3M（“安加拉”1.1）几种其他火箭。并且，“天顶”号火箭和“旋风”号是由乌克兰研制的产品。在俄罗斯，只有“联盟”系列火箭不能被它取代。在“安加拉”系列火箭各型号全部问世后，可保障俄罗斯完全独立进入空间的能力，在远东新建的“东方”发射场投入使用后，还将获得更加强大的空间运输能力。

“安加拉”火箭对于俄罗斯独立开展空间活动有重要意义。1995年1月6日，俄联邦总统颁布了《关于研制“安加拉”火箭》的总统令，将研制“安加拉”火箭确定为具有国家重要性的任务。把“安加拉”火箭研制确定为一项国家的重要任务并非偶然。首先，对于发射地球静止轨道有效载荷来说，俄目前只能靠“质子”号火箭从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场完成。而重型“安加拉”火箭（-A5、-A7）强大的运载能力，使俄从本国的普列谢茨克航天发射场也可执行这样的任务。

在当今世界航天发射服务市场上，俄罗斯火箭具有较强的竞争力，年发射次数占全球40%以上，长期保持世界第一。“安加拉”火箭模块化、通用化的设计理念可提高整个火箭系列零部件的通用性，有助于实现火箭零部件的批量化生产，各型火箭从同一个通用发射台执行发射任务，这些措施将大幅降低火箭的研制生产成本和地面基础设施的建设维护成本，从而继续强化俄罗斯在运载领域的优势地位，也必将进一步增强其国际竞争力。

“安加拉”火箭20年曲折的发展历程，见证了俄罗斯航天的兴衰。新老火箭交替需要一定时间，“安加拉”系列火箭完全投入使用估计要到2020年前后。作为备受瞩目的新一代产品，此次“安加拉”火箭首飞成功，或许正预示着俄航天业迎来新的曙光。

正在进行试验的通用火箭模块