“晚生”的聯盟-5號究竟何去何從?

不久前,據國際文傳電訊社透露,“聯盟-5”新型運載火箭計劃於2023年12月同時開展飛行測試和控制系統測試。距離獵鷹9號首飛已經過去了整整11年,作為趕超者的聯盟5號似乎生得有些晚了。那麼此時仍然在推進聯盟5號研發工作的俄羅斯究竟有何戰略考量?聯盟5號又有哪些獨到之處?

“晚生”的聯盟-5號究竟何去何從?

“晚生”的聯盟-5號究竟何去何從?

憶往昔崢嶸,望前路悠悠

俄羅斯近日披露的聯盟-5號,是聯盟號系列運載火箭(Soyuz)的新款型號。聯盟號系列運載火箭起源於R-7洲際彈道導彈,經數個世紀的擴充套件,現已衍生出上升號(Voskhod)、閃電號、聯盟號(Soyuz)、聯盟U(Soyuz-U)、聯盟號U/伊卡爾、聯盟號U/弗雷蓋特、聯盟號FG(Soyuz-FG)、聯盟2號(Soyuz-2)等10餘種型號。作為全球範圍內發射頻次最高、發射歷史最悠久的多用途運載火箭,聯盟號系列運載火箭擁有極強的發射可靠性,成功率高於百分之95。自1967年首次發射至2017年,聯盟號系列運載火箭已先後執行過約1800次發射任務,在其鼎盛時期發射頻率一度達到60次每年。在本國的行星探測器、通訊衛星發射,以及國際空間站的人員與物資運送等方面,聯盟號系列火箭做出的貢獻不可磨滅。

在過去的半個多世紀中,聯盟號系列運載火箭透過不斷的最佳化與升級換代,罹受住了時代的風霜,被俄航天部門沿用至今。然而,自2010年以來,包括聯盟號在內的諸多俄羅斯運載火箭在品牌效應上遭受一定程度的打擊,一方面由於俄國內經濟疲軟,連帶著航天領域的預算被不斷削減,火箭的技術更新和裝置維護工作受到較大的經費約束;另一方面,外部大環境也發生了巨大變化,俄羅斯聯盟號、安加拉號等火箭品牌面臨著來自美國 SpaceX 公司旗下的獵鷹系列火箭與歐洲航天局的阿里安系列火箭的巨大競爭壓力。

對此,普京總統指出,雖然目前俄羅斯的火箭發射數量在世界上遙遙領先,但考慮未來的長期發展,火箭還需提升其發射可靠性和價格方面的競爭力,以滿足國內外主要訂貨方,普京同時還強調“在計劃的框架內重點加強火箭發射市場的地位”。俄羅斯航天部門之後也制定了一系列航天計劃,以維持本國的火箭競爭力。這些計劃包括探索研究火箭分級回收技術以大幅度壓縮火箭發射的成本、削減不必要的火箭研究型號以降低研發與維護成本等。此外,計劃中還涉及了新一代運載火箭的研製工作。

“晚生”的聯盟-5號究竟何去何從?

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瞄中載市場,研過載核心

作為繼承了前蘇聯主要航天工業遺產的俄羅斯,從來就沒有想過放棄在太空領域的競爭。早在2017年5月22日,俄總統普京就已經批准未來將在拜科努爾發射場使用正在研發的聯盟-5號。在SpaceX龍飛船服役之前,伴隨著太空梭時代的落幕,現役唯一的將宇航員送入國際空間站的載人飛船就剩下了俄羅斯的聯盟號飛船。在新型飛船開發緩慢的俄羅斯宇航工業,聯盟號飛船為俄羅斯帶來了巨大的經濟收益。但隨著龍飛船的可回收技術日漸完善,老舊的聯盟號飛船和搭載它的聯盟2號運載火箭將不再具有足夠高的成本優勢。與此同時,在俄羅斯的遠景規劃中,對近地軌道的開發也佔據了其未來航天領域的重要地位,現役的聯盟2號運載火箭(近地軌道運載能力7噸)早已不能負載大型航天器的發射要求,而質子M運載火箭(近地軌道運載能力24噸)的載荷雖然足夠,但缺乏相應的高載荷發射市場。在可回收“獵鷹-9”號實現大規模商用的情況下,俄羅斯需要一款能夠瓜分近地軌道中等載荷發射市場且可以搭載新型載人飛船的中型運載火箭以填補現有體系的空白。

聯盟5號運載火箭正是基於這一戰略構想而進行的開發。計劃採用了RD-171MV型的大推力液氧煤油發動機的聯盟5號雖然是作為中型火箭進行的開發,但仍可以該型發動機為芯級捆綁固態助推器而進行重型火箭發射任務,未來或可取代質子M運載火箭。RD-171MV發動機的前輩包括前蘇聯時期研製的推力達到790噸的RD-170發動機和目前世界上最先進的大推力液氧煤油發動機之一的RD-180發動機,其本身更是以RD-171M為藍本,並參考了RD-180和RD-191的部分技術和設計方案,以及使用了RD-191的控制技術系統。一旦RD-171MV研製成功,俄羅斯仍將保持在火箭發動機上的技術領先地位,並能賦予聯盟5號17噸的近地軌道運載能力,這將大大提高俄羅斯在近地軌道的發射能力,與美國的“獵鷹-9”和歐洲“阿麗亞娜-6”的展開同量級載荷的競爭。

在俄羅斯於2016年釋出的《關於俄羅斯聯邦2016~2025年航天計劃》中指出其計劃“研製新一代聯邦號載人飛船和中型、超重型火箭關鍵部件,並完成至少3次空間飛行試驗”,正在進行的聯盟-5號開發顯然是這一計劃的重要一環,一旦完成開發,俄羅斯計劃從2025年至之後的40年時間裡以每年6枚的速度進行發射。規模化的應用有助於降低發射成本,據俄羅斯航天集團的介紹,單枚“聯盟-5”火箭的發射費用預計為6000萬美元左右。俄羅斯航天集團總裁羅戈津表示,預計2022年將使用“聯盟5”號火箭進行首次載人發射,2023年使用該型火箭將新型“聯邦”號飛船送入太空。成熟而穩定的發射系統將成為俄新一輪星際探索的堅強支援,無論是未來組建自己的空間站抑或進行行星際探索,又或是滿足商業發射的需求,“聯盟-5”都將是俄航天體系的重要組成。

“晚生”的聯盟-5號究竟何去何從?

“晚生”的聯盟-5號究竟何去何從?

鑄大國利器,展強國榮光

進入21世紀以來,各國逐漸發現宇宙中所蘊藏的無限財富。對外太空的探索和在外太空中進行的各項科學實驗對於國家科技發展具有重要意義,尤其在地球觀測研究、天文學、基礎物理學、航天醫學等幾大類,航天研究不可或缺。在這種情況下,國家的運載火箭技術水平就是卡脖子的硬實力。聯盟-5號運載火箭極有可能作為未來制勝空天的利器,重塑俄航天大國地位,提升俄羅斯航天領域整體水平,為將來俄進一步航天建設和發展打下堅實的基礎。

新型運載火箭的緊張研發,是俄為加快推進空間站建設的重要抓手,使俄可以獨立發射飛船,而不必在關鍵技術上被歐美國家掣肘,在新時代保全俄羅斯的國家利益。目前尚在執行的國際空間站,預計2024年終止執行,這也是國際空間站第二次延長退役時間,根據此前國際空間站披露的問題不難判斷,2024年已經是國際空間站所能達到的極限使用時間。根據俄羅斯“能源”火箭航天公司總設計師負責人索洛維約夫披露,俄或將於2027年啟動組建新空間站。而聯盟-5號運載火箭的研發生產將會對組建新型空間站起到重要作用。同時17噸的有效載荷,也可以大大最佳化搭建程序和組裝效率。擁有高性價比和高穩定性的聯盟-5號運載火箭極有可能成為未來航天的大國重器。

國際空間站即將到期,多國表示要獨立或聯合發展自己的航天事業,進而發展本國空間站。因此從運載火箭的需求量角度來看,國際上運載火箭的市場將大大擴充。假使聯盟-5號運載火箭順利研發生產,並保持6000萬美元左右的預計造價,出售聯盟-5號很有可能會為俄羅斯帶來豐厚的經濟收益。如今的運載火箭市場的潛在買家眾多,多國需在國際空間站退役之前準備好自己的空間站計劃,這必然伴隨著需要大量運載火箭來支援空間站的發射計劃。相較於美獵鷹系列運載火箭,聯盟系列運載火箭因其批次化生產技術嫻熟,在投入使用後,很有可能會為俄航天生產企業帶來巨大的經濟收益,來緩解因經費問題所帶來的諸多研發放緩情況。

聯盟-5號的研發生產必然會面臨一系列的困難和挑戰,但俄對研製新型運載火箭的決心也表明著其對重塑大國榮光的信心,在航天利益爭奪愈發激烈的今天,未來的國際航天走勢究竟會如何,讓我們拭目以待。