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科技水平领先于美国,为何失败?回顾苏联登月计划

科技水平领先于美国,为何失败?回顾苏联登月计划

作者: 志仁 | 来源:发表于2020-03-11 09:32 被阅读0次

    1969年7月,就在阿波罗准备登月的两周前,美国一颗间谍卫星在哈萨克斯坦境内拍摄到疑似苏联的火箭发射场。

    令美国感到困惑的是,说它是发射场,现场狼藉不堪,不像是严谨的科学场地;说它不是发射场,又有发射场的相关配套设施和建筑规模。

    直到苏联解体,随着一些档案资料的解密,人们才发现,苏联不但实施了登月计划,还曾经发生过严重的火箭发射事故。

    早在1955年至1959年期间,苏联就先后发射了两个探测器:月球1号和月球2号。

    月球1号只是在月球轨道绕月飞行,作一些前期的资料收集准备,如月球的地理、温度、空气成份等等。

    月球1号

    月球2号则根据月球1号得到的信息,进行了一系列的应用,除了绕月飞行,更登陆到了月球表面。

    月球2号

    因此,苏联是世界上第一个探测器登陆月球的国家。

    在那个时代,世界普遍认为,苏联航天技术领先于美国。

    在那种意识形态下,大西洋彼岸的美国总统肯尼迪,为了振奋人心,巧妙地抓住了美国大众的心理,他在1961年提出,实施“阿波罗计划”,要在十年内将人类送上月球,从而全面超越苏联。

    肯尼迪宣布阿波罗计划

    得知这个消息后,苏联方面的反响也十分热烈。

    1.登月计划争议

    当时苏联航天界的两位领军人物,都向苏联高层提出了登月计划。

    一个是第1设计局的科罗廖夫。他设计了苏联第一枚射程超过8000公里洲际弹道导弹,还主导研制了苏联第一颗人造卫星“斯普特尼克”,被誉为苏联航天事业的伟大先行者。

    科罗廖夫

    另一个是第52设计局的切洛梅,设计了为苏联航天事业作出重大贡献的质子号火箭,苏联的航天任务、卫星发射等,都使用质子号火箭作为推进器送上太空。此外,他还研制了令美国闻风丧胆的“航母克星”:花岗岩反舰导弹。

    切洛梅

    两位科学家在苏联都是举足轻重的人物,由于提出的登月方案有所不同,令苏联高层犹豫不决。

    直到1964年,时任苏联总书记的赫鲁晓夫批示了《关于探月和外层空间的工作决议》655-268文件,苏联的登月计划才真正走上轨道,但此时已落后美国3年。

    赫鲁晓夫

    科罗廖夫和切洛梅各自带领一个团队实施登月计划,且互不管辖。苏联的这一安排让人颇感意外。

    在经费方面,美国阿波罗计划250亿美元,相当于现在的2000亿美元;而苏联的登月经费,只有55亿美元,相当于现在的500亿美元。

    不但经费方面大大低于美国,还一分为二;而且按照苏联的安排,两个团队成了竞争关系,使得科罗廖夫和切洛梅逐渐变得不融洽,甚至暗中互相取笑对方。

    这样一来,苏联的登月计划平添不少变数。

    赫鲁晓夫在宣布登月计划之后不到三个月,就遭到政变下台,由勃列日涅夫担任苏联总书记。

    勃列日涅夫

    动荡政局持续了两年,登月计划搁浅。

    到了1966年,得知美国登月火箭“土星5号”进入试射阶段,苏联高层终于按耐不住,重新评估了登月计划。

    美国土星5号运载火箭

    经研究决定,两个设计局的方案合二为一。

    科罗廖夫的方案是使用N-1火箭,切洛梅是UR-700火箭。

    N-1火箭

    从火箭的研发进程上来看,当时切洛梅的UR-700处于领先地位。

    UR-700火箭

    但是在这个时候,科罗廖夫却突然病逝了。

    也许是为了致敬这位重要的科学家,苏联高层最后决定使用科罗廖夫的方案。

    同时进行的还有登月宇航员的选拔,由当时苏联第一位太空行走的宇航员列昂诺夫担任。

    列昂诺夫

    2.登月飞船

    苏联的登月飞船和火箭一样,最开始的登月计划也设计了两个不同的登月飞船与指令舱。

    一个是科罗廖夫的LOK方案,另一个是切洛梅的700方案,各有各的优点。

    自从苏联政府统一采用科罗廖夫的N-1方案后,也采用了他的LOK飞船方案。

    苏联与美国一样,也是采用月球轨道交会方案。这个方案在美国早已得到验证,是风险最小的,可以说“英雄所见略同”。

    月球轨道交会示意图

    LOK飞船和阿波罗飞船不同的地方,在于登月舱的安放位置,美国阿波罗在最前部,苏联LOK居中。

    而其中最重要的LK载人登月舱,不论是外形还是起降方式,都和美国的阿波罗登月舱类似。

    由于受制于火箭的推力,登月舱的方案一再改小,仅能容纳1-2名宇航员;而阿波罗登月舱则可以容纳2-3名宇航员。

    LK登月舱的研发顺利,造出了同等比例的模型,在地面进行测试,还由联盟-L运载火箭发射升空,在地球轨道进行了四次模拟登月着陆试验。

    3.宇航服

    与美国的阿波罗计划一样,为了实现月面行走,苏联的登月计划还需要一套专门研制的宇航服。

    这任务交给了经验丰富的设计师盖伊.谢沃林领导的星辰设计局来完成。

    1966年,谢沃林以苏联第一位太空行走的列昂诺夫使用的航天服为基础,结合当时最新技术,研制出了专门用于月面行走的隼94型(Kpeyer-94)宇航服。

    与同时期美国登月时的穿戴式宇航服不同,为了最大程度保证宇航员登月的活动时间以及宇航服的结实耐用,采用半刚式设计,整个宇航服只是在背部有一处开口,宇航员由此进入宇航服。

    苏联隼94宇航服

    这让隼94看起来更像是一架小型飞船,而非单纯的宇航服。

    整个宇航服非常结实耐用,有厚达10层的防护,重达105KG,可单次维持6个小时的工作时间。

    另外为了最大程度保证宇航员在月面行走的安全,隼94宇航服周围加装了一圈环状安全器,在宇航员摔倒时可将其弹起防止伤害,有点类似于现在的汽车安全气囊。

    4.N-1火箭

    即使所有的登月步骤全部完成,只要火箭的研发还没有突破,载人登月任务就不可能成功。

    在美国1961年宣布登月之前,1959年在科罗廖夫的带领下,第1设计局就开始研制N-1火箭,目的是用于轨道空间站和载人飞船的发射。

    原方案是在火箭上使用一台核动力发动机,但是后来由于时间的关系,放弃了核动力发动机,火箭载荷也只能降低了。

    N-1火箭当时还停留于规划阶段,直到1961年才真正启动研发。这一进程远远落后于美国的“土星5号”登月火箭。

    基于保险起见,科罗廖夫提出了使用当时的一种新型飞船(后来的联盟号),进行地球轨道交会方案。

    苏联联盟号飞船

    就是把这种新型飞船,登月舱还有登月辅助设备,分别发射到地球轨道,然后进行组装,再飞向月球。

    这种方案降低了运载火箭的性能需求,但是必须快速完成组件发射为代价。由于在太空中的组件需要燃料来维持轨道绕行,所以必须在组件的燃料耗尽前进行组装。

    然而当时的苏联还是无力进行这样密集的发射,组装经验也几乎没有。

    这种方案虽然是比较安全的方案,但由于时间过于紧迫,科罗廖夫于是决定研发95吨级版本的N-1火箭。

    能够直接发射到月球轨道的大型火箭,最关键的就是火箭发动机。

    科罗廖夫找到了一种NK-15发动机,如果要将50吨重的月球飞船发射到太空,必须在火箭底部布置多台NK-15发动机,形成发动机群。

    后来由于科罗廖夫的去世,N-1火箭的研发由他的副手瓦西里.米申接管。

    N-1火箭高105米,在高度,有效载荷和质量上,都仅次于美国的土星5号。

    米申基本还是延续了科罗廖夫的火箭设计思路,采用五级推进,前三级将飞船送入地球轨道,其余两级用于地月推进。

    N-1火箭与土星5号(下)模型

    第一级火箭由恐怖的多达30台NK-15发动机组成,发动机排成两个环。外环24台,内环6台。

    第二级火箭由8台NK-15发动机驱动,也排成环形。

    第三级火箭由4台发动机构成,整个火箭一共是42台发动机。

    这么多火箭发动机的布置是世界首例。

    N-1火箭总共产生4620吨的推力,这远远超出土星5号的3469吨的推力。

    但是N-1虽然推力更大,但它只能将95吨的物体送入地球轨道,而土星号可以运送130吨物体。

    这是由于N-1采用了基于煤油的火箭燃料,而美国对氢氧燃料的研究起步早,使得土星5号设计时选用了更加成熟的氢氧发动机,以此获得了较高的效率。

    所以,N-1火箭的推进效率只有土星5号的一半。从这一点上来说,美国的土星5号先进许多。

    由于N-1火箭使用超过30台的发动机,使得火箭推进剂的管道设计异常复杂。

    当时苏联有考虑研发美国土星5号使用的推力强大的F-1发动机,但还是那句话,时间紧迫。

    这个时候政治意味要远大于科技竞争。

    为了赶在美国之前登月,苏联还是决定将已有的发动机组合进行发射。

    N-1火箭的发射场在现今哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射中心,而火箭研发基地却远离发射中心。

    为了通过铁路运送火箭,火箭的各级都需要被拆解,运送到发射场后,再重新组装。

    结果,许多潜在问题都不能及时发现并排除。

    例如有害震动可能导致推进剂管道破裂,废气流体力学问题可能导致火箭翻滚。这在后面的试射中都得到了应验。

    5.火箭试射

    在所有准备工作完成后,开始准备试射。

    1969年2月,也就是在美国把人类送上月球的5个月前,N-1火箭仓促地进行了第一次试射。

    42台NK-15发动机从来没有集体点过火,只是每台发动机单独点火测试成功,就装在了一起。

    结果可想而知,火箭发射到12000米高空的时候,就解体爆炸。

    到了7月份,得知美国马上就要发射阿波罗飞船了,N-1火箭又加紧开始了第二次试射。

    而与第一次的低调发射不同,这一次有数以千计的政府官员、工程师和热爱航天的群众到现场观摩。

    在火箭刚刚点火没多久,火箭的发动机控制系统就因故障而瘫痪,刚离开地面不过几十米,就重重地摔到了发射台上,整个火箭发生爆炸,发射台瞬间被摧毁,其威力不亚于一次小型核爆。

    由于来不及疏散,导致150名科研工作者不幸遇难,超过1000人受伤,成为人类火箭发射史上最大事故。

    事故发生后,苏联首先对消息进行封锁,再由苏军处理善后事宜。

    几天以后,美国间谍卫星发现了一片狼籍的火箭发射场,于是就有了文章开头那一幕。

    2周以后,美国“土星5号”火箭成功将阿波罗飞船送上月球,人类第一次踏上了月球的土地。

    在美国成功登月后,苏联认为已经没有政治必要了,就取消了登月计划,转而发展空间站。

    后来,切洛梅的UR-500火箭,发展为质子运载火箭,在1971年将苏联8个空间站全部发射到地球轨道,就是后来的国际空间站。

    质子运载火箭

    也就是说,如果一开始就采用切洛梅的UR-500,苏联在60年代是有能力登月的。

    苏联登月计划之所以失败,总的来说有两点:一是苏联选错了方案,没有选择切洛梅成熟的UR火箭方案,而选择了科罗廖夫尚处于研发阶段的N-1火箭方案;二是苏联高层对登月计划先是犹豫不决,后是一拖再拖,态度暧昧,最后发现时间仓促,不得不赶鸭子上架,最终酿成发射事故,导致150名科研工作者的牺牲,给苏联造成不可挽回的损失。

    那么我们设想一下,如果苏联解决了发动机的问题;如果N-1火箭在发射台上没有爆炸;如果没有损失掉150名优秀的科技工作者;如果登月成功,在月球表面插上苏联国旗;我想,宇航员列昂诺夫说的第一句话,一定不是“我的一小步,人类的一大步”,有可能直接宣布苏联占领月球。

    苏联登月想象图

    不过历史没有如果。

    列昂诺夫在苏联宣布登月计划取消后,退出了航天事业,全身心投入到艺术创作,将自己对苏联载人登月的想象与热血,付诸于自己的画笔,画出了著名的“风暴海”画作。

    风暴海画作

    (图片来源于网络,侵删!)

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