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Energiya Buran(能源-暴风雪号)是苏联研制的重型运载火箭系统,能源号火箭可单独使用,也可发射暴风雪号航天飞机,该系统是苏联对美国航天飞机计划的回应,仅进行过2次发射后随苏联解体项目终止。
能源-暴风雪系统中能源号为重型运载火箭,芯级直径7.75米,最大横向尺寸17.65米,可搭配4/6/8台助推器,对应低地轨道运载能力分别为105吨、150吨、200吨,可执行地球轨道、月球转移轨道、火星转移轨道发射任务;暴风雪号为可重复使用航天飞机,自身无主推进引擎,仅配备轨道姿态调整引擎,设计可重复使用100次以上,可将30吨载荷送入200千米轨道,标准乘员4人。该系统首飞于1987年5月15日,第二次发射于1988年11月成功将暴风雪号送入轨道,后续因苏联解体项目终止。
能源-暴风雪号运载火箭是苏联能源联合体与莫尔尼亚联合体联合研制的重型运载系统,由能源号火箭芯级、4台液体助推器与暴风雪号航天飞机共同组成,近地轨道最大运载能力可达105吨,是人类航天史上推力最强的运载火箭之一,其核心参数如下:
| 参数名称 | 具体数值 |
|---|---|
| 火箭型号 | ENERGIYA_BURAN |
| 火箭全长 | 58.765 m |
| 起飞重量 | 2400 t |
| 起飞推力 | 约3500吨力 |
| 近地轨道运载能力 | 105000 kg |
| 火箭级数 | 2级(4台助推器+芯级) |
| 总发射次数 | 1次 |
| 发射成功次数 | 1次 |
作为通用重型发射平台,能源-暴风雪号的应用场景覆盖了当时苏联航天计划的多个核心方向:一是航天飞机运输,可将105吨级的暴风雪号轨道器送入近地轨道,执行人员运输、航天器维护、空间实验等任务,暴风雪号本身可搭载2-10名乘员,最长在轨运行30天,还可携带30吨有效载荷入轨、20吨载荷返回地面;二是大型空间设施建设,若单独使用能源号火箭,可将大型空间站舱段、空间太阳能电站组件等超大型载荷送入轨道,理论上具备组装百吨级空间站的能力;三是深空探测任务,改型后可将32吨载荷送往月球、27吨载荷送往火星或金星,能够支撑载人登月、无人深空探测等任务;四是军事用途,苏联曾计划利用其大载荷能力搭载激光武器、反卫星系统等载荷入轨,执行空间防御任务。此外,能源号火箭与暴风雪号轨道器的独立设计,让该系统具备极强的任务灵活性,既可以组合执行载人航天任务,也可以拆分单独使用,适配不同的发射需求。
能源-暴风雪号系统在设计上摆脱了美国航天飞机的技术路径,形成了独有的技术优势,其核心特点如下:
| 系统模块 | 技术特点 | 性能参数 |
|---|---|---|
| 助推级 | 4台天顶号助推器衍生模块,每台搭载1台RD-170液氧煤油发动机 | 单台推力800吨,推进剂为液氧/煤油,可复用10次以上 |
| 芯级 | 4台RD-120液氧液氢发动机,箭体直径8米,采用大容积低温贮箱设计 | 单台推力200吨,推进剂为液氧/液氢,比冲470秒以上 |
| 暴风雪号轨道器 | 无主发动机设计,仅搭载轨道机动与姿控发动机,具备无人自动飞行能力 | 配备2台17D12轨道机动发动机(单台推力90kN)、38台姿控发动机,可实现无人自动着陆,设计重复使用次数100次 |
| 防热系统 | 采用95%孔隙率的石英纤维防热瓦,覆盖全机身 | 可承受-150℃至1300℃的温度变化,单次飞行后可快速检修复用 |
| 着陆系统 | 具备带动力复飞能力,搭配减速伞辅助制动 | 着陆速度312-360km/h,着陆失败可二次复飞,滑跑距离短于美国航天飞机 |
该系统最核心的创新在于火箭与轨道器的功能拆分:美国航天飞机将主发动机安装在轨道器尾部,导致轨道器死重过高、复用检修成本高昂,而能源-暴风雪号将所有入轨主发动机全部集成在能源号火箭芯级上,暴风雪号轨道器仅保留轨道机动与姿态控制发动机,既降低了轨道器的入轨重量,也让能源号成为了独立的通用重型火箭,避免了美国航天飞机“火箭与轨道器深度绑定、无法单独使用”的缺陷。此外,暴风雪号的全自主飞行技术在当时属于全球领先水平,1988年的首飞任务全程无人驾驶,依靠机载冗余计算机系统自动完成入轨、绕飞、再入、着陆全流程,在遭遇大气湍流的情况下仍准确降落在预定跑道,着陆横向偏差仅1.5米,其控制精度远超同期同类航天器。不过该系统也存在一定设计局限,例如采用水平运输模式,需要专用超大型运输机保障转运,仅为适配其运输需求就专门研发了安-225超大型运输机,进一步推高了系统的运行成本。
能源-暴风雪号系统的研发始于1976年,是苏联为应对美国航天飞机计划、提升自身空间进入能力启动的核心航天工程,整个项目历时12年完成首飞,其关键节点与唯一一次发射任务信息如下:
| 时间 | 事件 | 备注 |
|---|---|---|
| 1976年 | 项目正式启动 | 由能源联合体负责火箭研发,莫尔尼亚联合体负责暴风雪号轨道器研发 |
| 1987年5月15日 | 能源号火箭首次试射 | 不搭载暴风雪号轨道器,发射极地军用卫星,载荷入轨失败,火箭本身飞行正常 |
| 1988年11月15日 | 首次组合发射 | 发射代码1988-100,发射地点为拜科努尔航天发射场(TTMTR),搭载暴风雪号轨道器(国际编号1988-100A) |
| 1988年11月15日 | 任务完成 | 轨道器绕地球飞行2圈,历时3小时25分钟后自动着陆,任务完全成功 |
| 1993年 | 项目正式取消 | 苏联解体后俄罗斯无力承担项目成本,能源-暴风雪号计划终止 |
1988年的首次也是唯一一次发射任务,充分验证了该系统的可靠性:发射当日暴风雪号未搭载任何乘员,起飞后能源号火箭助推器按预定程序分离,芯级工作完成后轨道器顺利进入250公里高的近地轨道,在轨飞行期间完成了所有预设技术验证,再入大气层时遭遇了 unexpected的侧向气流,但机载自动控制系统及时调整了飞行姿态,最终以横向偏差1.5米、纵向偏差10米的精度降落在预定跑道,整个过程无任何人工干预,创造了人类航天史上首次无人驾驶航天飞机自主飞行着陆的纪录。
此次任务成功后,苏联曾计划于1992年进行第二次无人飞行,测试轨道器的在轨机动能力,1994年实现首次载人飞行,但1991年苏联解体后,俄罗斯经济持续低迷,整个项目的运行成本远超财政承受能力,后续所有发射计划全部取消。截至项目终止,能源号火箭共完成2次试射(1次火箭单独试射、1次组合发射),暴风雪号轨道器仅完成1次飞行,尽管其技术指标领先于同期美国航天飞机,但最终因经费问题沦为航天史上的“昙花一现”。不过该项目积累的大推力液体火箭发动机、重型火箭结构设计、航天飞机热防护、自主飞行控制等技术,后来被广泛应用于天顶号火箭、俄罗斯新一代载人飞船等项目,为后续航天技术发展提供了重要的技术储备。