飞天“神助攻”——国外载人运载火箭一览
来源:中国载人航天
作者:钱航
1961年4月12日,人类实现首次太空载人飞行。苏联航天员尤里·加加林乘坐东方号火箭发射的东方号飞船进入太空并安全返回地面。从1961年至今的近60年里,已经有俄罗斯、美国和中国这三个国家迈入世界载人航天俱乐部,诞生了多款举世瞩目的载人火箭。
联盟号系列运载火箭是俄罗斯目前唯一的载人运载火箭。1961年东方号火箭把加加林送入太空,开创了人类载人航天的新纪元。1963 年研制成功的上升号火箭发射了上升号载人飞船,1967 年改称为联盟号火箭,并开始使用联盟FG运载火箭发射载人飞船。
联盟号运载火箭是两级半并联构型运载火箭。一子级直径2.95米,采用1台RD-118液氧煤油发动机;二子级直径2.66米,采用1台RD-0124液氧煤油发动机(早期为RD-0110);采用4个直径为2.68米的助推器,并采用锥形结构布局,每个助推器安装1台RD-117发动机。联盟号火箭是目前世界上发射次数最多的运载火箭,火箭全长49.52米,起飞质量约310吨,起飞推力约408吨,近地轨道运载能力约7.2吨。
(未成功飞行)
(未实现载人飞行)
能源号运载火箭图片
美国是拥有载人运载火箭种类最多的国家。冷战期间,美国在与苏联争夺太空话语权的驱动下,制订了“水星—双子星—阿波罗”的一系列载人航天发展计划。通过利用洲际导弹改装而成的宇宙神号、大力神号运载火箭让美国紧跟苏联实现了载人飞行,最终在载人登月的角逐中通过土星-V运载火箭的成功研制,实现了人类首次载人登月,从此奠定了美国在太空领域的领先地位。20 世纪 80 年代研制的航天飞机实现了运载器重复使用的梦想,虽然由于成本过高最终退役,但仍然代表了运载火箭技术发展的制高点。进入21世纪以来,提出了阿瑞斯号载人运载火箭发展计划,随后由于政府航天政策变化,最终载人飞行计划改由“太空发射系统”完成。
“土星”系列运载火箭是美国国家航空航天局(NASA)专为登月任务而研制的火箭,包括土星-I、土星-IB和土星-V三种。其中土星-I为研究试验型火箭,用于“阿波罗”计划早期地球轨道飞行试验和发射探测卫星;土星-IB为改进过渡型,用于不载人或载人“阿波罗”飞船地球轨道飞行试验;土星-V专为实现“阿波罗”飞船载人登月而研制,可以将3名航天员送入月球轨道。1969年7月21日,阿波罗11号登月飞船成功在月球上软着陆,航天员阿姆斯特朗和奥尔德林踏上月球,人类载人航天和空间探索取得了重大突破。
土星-V运载火箭总共发射13次,全部取得成功。土星-V运载火箭是三级串联构型运载火箭。一子级直径10.06米,采用5台F-1液氧煤油发动机,单机推力达到694吨,是迄今为止最大的单室液体火箭发动机;二子级直径10.06米,采用5台J-2氢氧发动机;三子级直径6.6米,使用一台J-2氢氧发动机。土星-V火箭是世界上起飞规模最大的运载火箭,火箭全长110.6米,起飞质量约2950吨,起飞推力约3460吨,奔月轨道运载能力约46吨,近地轨道运载能力约120吨。
航天飞机是NASA在“阿波罗”载人登月计划后,立足于经济、高效进出空间的可持续发展而研制的世界上第一种部分重复使用运载器。它可以将最多7名航天员送入太空,在轨服务时间长达7~30天,进行交会、对接、停靠,执行人员和货物运送、空间试验、卫星发射、检修和回收等任务。
美国共研制了挑战者号、哥伦比亚号、发现号、奋进号和亚特兰蒂斯号等5架航天飞机,自1981年4月12日哥伦比亚号从佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心首次发射开始,至2011年7月21日最后一次航天飞机任务——亚特兰蒂斯号在肯尼迪航天中心的主港着陆,共执行135次飞行任务,其中挑战者号和哥伦比亚号分别在上升段和再入段发生事故导致飞行失利,并且造成2次共14名航天员遇难牺牲。
航天飞机是一级半并联构型运载火箭。一子级由轨道飞行器和外贮箱组成,外贮箱悬挂在轨道飞行器侧面,贮箱直径8.38米,采用3台RS-25D高压补燃氢氧发动机,比冲比普通开式循环氢氧发动机提高了10%,是目前为止最先进的发动机;采用两个直径3.7米的固体助推器,为了提高发动机推力采用五段式结构,单台发动机推力达到约1300吨,是目前推力最大的固体火箭发动机(阿瑞斯号载人运载火箭、太空发射系统SLS的固体发动机均为其改进型)。航天飞机全长56.1米,起飞质量约2000吨,起飞推力约3000吨,近地轨道运载能力约 29.5吨(不含轨道器结构质量)。
(尚未实现载人飞行)
(尚未实现载人飞行)
早在航天飞机退役之前的2010年,NASA就开始物色新一代天地往返运输系统的承包商,当时波音、蓝色起源、内华达山脉和太空探索(SpaceX)四家航天公司进入观察资助名单。这些公司的载人飞行器将替代已经退役的航天飞机,使美国摆脱对俄罗斯联盟火箭及飞船的依赖,项目名为商业载人航天计划。
2019年3月2日,SpaceX使用猎鹰9-Block5火箭携带载人型龙飞船从肯尼迪航天中心成功完成了首次商业载人飞船的无人试飞。这是自 2011 年航天飞机退役以来,美国第一次使用自主研制的载人火箭和载人飞船从本土进行发射,具有深远的意义。其成功不仅标志着SpaceX即将成为全球第一家送人进入太空的私营公司,同时也标志着美国向再次拥有载人发射能力迈出了坚实的一步。
猎鹰九号火箭发射图片