夭折的紅色阿波羅 ————蘇聯載人登月計劃始末(上)
1961年5月25日,時任美國總統的約翰·肯尼迪在美國參眾兩院召開的特別會議中,首次對外公布了美國的載人登月計劃,也就是後邊家喻戶曉的「阿波羅計劃」。在這次特別會議中,肯尼迪對美國即將全面實施的龐大載人登月計劃信心十足,他指出:
「I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before
this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely tothe Earth.」(我相信這個民族能夠齊聚一心全力以赴達成這個目標,在這個十年結束之前,人類將乘坐宇宙飛船登陸月球並且安全返回。)
就在肯尼迪發表這篇激情洋溢的演說前僅僅20天,美國剛剛成功將首位航天員送入太空,而且還不是繞地軌道(即水星-紅石3號任務,航天員艾倫·謝潑德乘坐自由7號航天器進行了一次亞軌道飛行),而美國首次成功將航天員送入預定繞地軌道的水星-宇宙神6號,則是在肯尼迪對外宣布阿波羅計劃之後將近9個月才發射升空的。任何人站在60年代初期那個時間節點看肯尼迪的那篇演說,都可能會覺得他瘋了。
而就在肯尼迪發表演說的一個多月前,蘇聯航天員尤里·加加林乘坐東方1號飛船成功進入預定軌道,蘇聯在創造了「史普尼克危機」後在太空競賽中再次拔得頭籌。蘇聯帶來的巨大競爭壓力和殘酷的現實讓60年代初期的美國焦頭爛額,阿波羅計劃的提出在當時看來,足夠氣吞山河,卻也是意圖振作的無奈之舉。當然,肯尼迪的講話,蘇聯在第一時間就聽到了。面對老對手祭出的這樣一個龐大計劃,已經多次旗開得勝的蘇聯不可能不有所行動。月球也不再是寄託人類神話幻想的域外之地,而在悄然間成為超級大國間的角力場。
一.月球,新的戰場
美蘇對月球的爭奪由來已久,早在50年代太空競賽開始之初,美蘇兩國就將太空探索的注意力投向了月球,作為距離地球最近的天體,月球不光是人類進行太空科研探索的一塊處女地,更是大國間比拼科技實力的試驗場。50年代後期,美蘇先後開展了自己的探月計劃,彼時距離人類首顆人造衛星升空也不過一年光景,雙方都如此大躍進式的推進自己的太空計劃,著實令人咋舌。不過美蘇兩國的探月工程在起初都遭遇了一系列失利,在1959年以前,美國的先驅者計劃(Pioneer
program)的三次發射任務與蘇聯月球計劃(Лунапрограмма)的三次發射任務全部失敗。直到1959年1月4日蘇聯發射的「月球1號」(Луна-1)首次成功實現了近月飛行,同年3月3日美國也成功發射了自己的第一顆探月器「先驅者-4號」(Pioneer-4),在此後短短的十年間,雙方居然先後發射了60多顆無人月球探測器。蘇聯「月球-1號」探月器
1959年3月1日,美國火箭設計師馮·布勞恩(左)檢查先驅者-4號探月器零部件。
這一波探月狂潮,一方面客觀上極大刷新了人類對月球的認知,一方面也為雙方日後的載人登月計劃做了技術準備。而蘇聯的登月計劃,實際早在肯尼迪那篇著名演講發表之日後沒多久就正式提上日程,而先期的準備工作則開始得更早。儘管蘇聯方面從未公開表示過與美國進行登月計劃較量的意願,也從未像美國那樣高調的公開自己的登月計劃,但蘇聯版本的阿波羅計劃一直在秘密進行著。
在時隔40多年的2009年,實現人類首次太空漫步的前蘇聯航天員阿列克謝·列昂諾夫(Алексе?й Лео?нов)在接受俄新社記者採訪時披露了當時蘇聯登月的一些細節:
「В 1962 году вышло постановление, подписанное лично Никитой Хрущевым, о создании космического корабля для облета Луны и применения для этого запуска ракеты-носителя "Протон" с разгонным блоком. В 1964 году Хрущев
подписал программу о том, чтобы СССР осуществил в 1967 году облет, а в 1968 году - высадку на Луну и возвращение на Землю. А в 1966 году было уже постановление о формировании лунных экипажей -была сразу набрана группа для посадки на Луну」(在1962年,赫魯曉夫親自簽署了一條命令,計劃使用新開發的質子火箭實現載人繞月飛行與登月。1964年赫魯曉夫批准關於蘇聯載人登月計劃,計劃於1967年實現載人繞月飛行,1968年將航天員送上月球並返回。而到了1966年則正式開始為登月計劃招募航天員)。
作為曾經入選蘇聯登月航天員備選名單的列昂諾夫,從他的講話中可以看出:首先早在1962年,蘇聯官方就正式啟動了載人繞月/登月計劃,並預計在1968年,也就是在阿姆斯特朗成功登陸月球的前一年把蘇聯航天員成功送上月球,意圖繼續為蘇聯在太空競賽中拔得頭籌。
二.蓄勢待發
實際上,蘇聯登月計劃中將使用的載人飛船,其最初設計構想在加加林還未載入太空時就已經存在,而且這一切還是要圍繞蘇聯航天事業的奠基人科羅廖夫展開。早在1960年,執掌蘇聯第一實驗設計局(ОКБ-1)的科羅廖夫就與他的老相識,當時任第九設計部主任(隸屬於ОКБ-1),被譽為蘇聯探月之父的火箭設計師米哈伊爾·吉洪拉沃夫(Михаил Тихонравов)一起進行了一次登月計劃的概念性研究,即以東方號飛船為基礎的東方ZH計劃,即以當時的東方號飛船為基礎,在地球軌道和多個航天器對接並組成一個複合體,飛向月球(最初這種構想只是為了完成一次奔月行動而非繞月或登月)。
在太空競賽之初,對於探月以及載人登月,一直存在三種備選模式。
第一種,採用地球軌道交會對接模式,即使用幾枚小型火箭將登月組件發射升空,在地球軌道將登月組件(比如軌道艙,登月艙,燃料艙等等)通過交會對接組裝起來,再奔向月球。實施登月任務時,飛船整體降落在月球表面。任務完成後再整體返回地球。這種模式被稱為「Earth
Orbit Rendezvous」第二種,採用月球軌道交會對接模式,即將用一艘較大的航天器(指令艙)攜帶一艘登月艙奔向月球,到達繞月軌道後,登月艙脫離母船實施登月,任務完成後登月艙升空與母船對接,然後返回地球。這種模式被稱為「Lunar
Orbit Rendezvous」第三種,由火箭裝載登月器直接飛向繞月軌道實施軟著陸登月,任務完成後直接從月球返回地球。這種模式在美國被稱為「Direct
ascent」美國的阿波羅計劃就是採用的第二種模式,而科羅廖夫與吉洪拉諾夫則在東方ZH計划上採用了第一種方式。
這種複合體的概念在接下來的幾年裡被科羅廖夫進一步發展。1962年,以當初的東方ZH為基礎,科羅廖夫與吉洪拉沃夫又聯合ОКБ-1第三設計部的科雷亞科(Ю. П. Коляко),以設計中的蘇聯第三代載人飛船聯盟號為基礎,設計了聯盟號複合體方案,即聯盟7K-9K-11K(Союз 7К-9К-11К)方案。該飛船分為三個模塊,首先是載人模塊,可搭載多名航天員,被稱為7K。其次是推進模塊,。最後是繞月由三個推進艙組成,被稱為9K模塊,即可以載人繞月飛行的飛船,被稱為11K。這個構想在之後不久就得到了蘇聯高層的認可。
聯盟7K-9K-11K複合體草圖
之後經過進一步研究,聯盟7K-9K-11K被修改為聯盟A-B-V。該複合體被分為火箭艙段(即聯盟B),空間燃料段(即聯盟V)和載入艙段(即聯盟A)。雖然在當時,整個聯盟複合體飛船僅僅是用於繞月飛船,而非直接將航天員送入月球,但這一概念的提出和論證,無疑是在為日後的登月計劃打下基礎。
根據科羅廖夫等人的構想,聯盟號複合體的奔月流程如下:
1. 將大約5.7噸重的火箭艙段聯盟B(不裝載燃料)發射升空,進入預定軌道。
2. 將載有三個燃料艙段,大約6.1噸重的聯盟V發射升空,並完成與聯盟B的軌道對接,由聯盟V通過管道向B加註燃料。
3. 發射大約6.45噸重的載人艙段聯盟A,並與聯盟B-V實現軌道對接,之後聯盟B點火,飛行月球
科羅廖夫這樣的設計無疑非常有想像力,這其中也能看出齊奧爾科夫斯基在早年對他的影響,但受限於60年代軌道對接技術尚不成熟,相比較後來的阿波羅飛船,這一套理念亦顯得過於冗長和複雜,這一套流程下來,需要實施6次發射任務,5次軌道對接。實際上,這一系列動作簡直就像是70年代末蘇聯空間站軌道對接的雛形。
雖然有蘇聯高層的支持,但科羅廖夫領導的第一試驗設計局在設計該型飛船時還是遇到了相當多難以克服的技術瓶頸,無奈之下,1964年科羅廖夫不得不對現有的設計方案進行修改和簡化,整合成一個新方案,主要是取消之前的火箭艙段與燃料艙段分開的設計,使用氫燃料,取消軌道艙。重新設計的飛船被命名為聯盟7K-L1(Союз 7К-Л1),相比較之前複雜的聯盟複合體,雖然依然堅持在軌道組合複合體的基本概念,但聯盟7K-L1已經做到了極大的簡化。
聯盟7K-L1飛船與火箭段
三.黨同伐異
對於此時的科羅廖夫而言,繁重的工作與每況愈下的病體還不是最折磨人的,讓他五味雜陳德是,在這登月計劃的起步階段,蘇聯內部出現了挑戰自己權威的競爭者。事實上,在聯盟複合體概念被提出之時,蘇聯不少火箭工程師就對這個方案里複雜的軌道交會動作提出質疑,到了1964年,由火箭設計師弗拉基米爾·切洛梅(Влади?мир Челоме?й)領導的第52試驗設計局(ОКБ-52)設計了一套全新方案LK-1,之後又進一步將其改進為LK-700根據這套方案,無需在地球軌道進行複雜的模塊軌道交會對接,只需一枚推進火箭就將載人飛船直接送入繞地軌道,然後實現登月。這套方案實際上是參照上文所提到的第一種模式,顯然,相比於科羅廖夫複雜的地球軌道交會對接方案要更加簡潔。
眼看著自己的權威被別人所挑戰,再怎麼說都不是一件讓人順心的事情。雖然科羅廖夫憑藉其多年積攢的人脈和威望,使蘇聯高層依然支持他的這套複合體方案,但切洛梅的設計顯然還是讓不少人動了心,而新型運載火箭N-1的研製工作又極大牽制了科羅廖夫的精力,最後,切洛梅的LK-1獲得高層批准開始研製,與聯盟複合體方案進行競爭。而在此之後,原本堅持採用地球軌道交會對接模式的科羅廖夫也不得不對現實妥協,對現有的聯盟A-B-V進行大改,形成後來與之前的A-B-V方案並行的聯盟7K-LOK。
LK-700等比例模型進行試驗時拍攝的照片
特別是,切洛梅為了與科羅廖夫進行競爭,在整個蘇聯登月計劃里不僅僅懷揣LK-1這麼一件作品參賽,與科羅廖夫一樣作為火箭設計師的他,為LK-1以及後來的LK-700專門打造了一款新型運載火箭UR-500與其發展型UR-700,一如科羅廖夫將聯盟複合體搭配R-7改進型(後來改用N-1)運載火箭一樣,而UR-500火箭另一個名字,就是時至今日都大名鼎鼎的 「質子」(Прото?н)號運載火箭,在蘇聯航天界,科羅廖夫正遭遇著全方位的挑戰。
況且,科羅廖夫遇到不僅僅是一個切洛梅,事實上,在使用哪種運載火箭實現登月這一重大問題上,蘇聯高層一直無法決斷。在60年代的頭5年時間裡,居然出現了三種備選方案,除了科羅廖夫正在苦心研製的N-1運載火箭,和切洛梅推出的UR-700運載火箭外,還有火箭設計師米哈伊爾·揚格利(Михаил
Янгель)領導的第586試驗設計局(ОКБ-586)所設計的R-56型運載火箭。而相形之下,此時的美國早已為為自己的阿波羅計劃選定了布勞恩設計的土星系列超重型運載火箭,蘇聯正在逐漸被美國所反超。60年代初,科羅廖夫(左)切洛梅(中)和揚格利(右)為了競爭蘇聯登月計劃而展開激烈競爭。
作為蘇聯登月計劃備選火箭的N-1,UR-700,R-56運載火箭與美國土星5號運載火箭
四.火箭之爭,兄弟鬩牆
這場同室操戈般的火箭競爭源於1959年的一次特別會議。
1959年12月,蘇聯總設計師委員會(Совет главных конструкторов)聯合蘇聯科學院部分專家以及部分軍政代表在莫斯科召開研討會,會議主題就是討論蘇聯新一代運載火箭。需要指出的是,這個總設計師委員會成立於1946年,成立的目的是彙集蘇聯導彈方面的高精尖人才,確保當時在研的多個蘇聯彈道導彈項目能夠順利完成。從成立之初這個委員會的主席就是科羅廖夫。不過到了50年代末,隨著美蘇間太空爭霸愈演愈烈,這個委員會開始越來越多的將精力轉移到新型運載火箭的調研與評估上。
1954年時的蘇聯總設計師委員會成員合影,左起第二位是格魯什科,第三位是科羅廖夫,
在會上,科羅廖法高調的提出自己的R-7改進型以及N-1火箭方案,而與這位大佬針鋒相對,與會的切洛梅和揚格利也都提出自己的設想與方案。切洛梅提出了全新的通用型運載火箭的方案,這套方案就是後來的質子型火箭以及UR-700的雛形。而揚格利則根據自己設計的蘇聯第一款實用性洲際導彈R-16為基礎提出了全新的R-26型火箭。依靠當時科羅廖夫的聲望與人脈,會議最終決定繼續重點發展科羅廖夫的R-7系列運載火箭並研製N-1型超大型運載火箭,至於切洛梅與揚格利的方案,未必就一定不如科羅廖夫的方案,但卻還是絕對將這兩者的想法作為洲際導彈的設計方案而繼續發展,實際上是確立了科羅廖夫在蘇聯火箭設計上不可撼動的地位。
作為科羅廖夫晚年的扛鼎之作,N-1運載火箭凝聚了這個航天先驅畢生的心血與夢想。N-1的俄語代號是H-1,而H則代表носитель(運載器之意),在設計之初,N-1並不是專用於登月計劃,而是用於運載大型軍用太空站組件以及無人或載人火星飛船。可見在一開始,科羅廖夫就將目光投向太空更遠的方向。而隨著登月計劃的提出和正式實施,為了與之配合,科羅廖夫對N-1型火箭的原方案進行了重新設計,雖然在之前科羅廖夫堅持採用地球軌道交會對接模式實現登月,但這樣就要求至少使用兩枚N-1型火箭,但這樣會大大增加發射難度,而且從成本上看完全沒有必要,因此他不得不做出妥協,新的N-1火箭方案圍繞與阿波羅計劃類似的月球軌道對接模式,這就要求火箭的有效載荷足夠大。N-1設計高度達到105米,質量達2850噸,有效載荷突破90噸,僅此於美國的土星5號,當然N-1和科羅廖夫本人的命運卻遠不及土星5號和布勞恩,這是後話。
N-1型運載火箭工程草圖
在其他方案中,對科羅廖夫的N-1火箭威脅最大還是切洛梅的UR-700.作為質子號火箭的發展型,UR-700與前者一樣是捆綁式火箭,擁有三枚捆綁式助推器,動力系統採用RD-270,由456試驗設計局(ОКБ-456,前身是蘇聯空氣動力試驗室)。該火箭的整體設計也是為了配合切洛梅提出的直接登月的方案。UR-700方案幾立幾廢,最終並沒有被製造出來(而後來則乾脆由質子K擔綱繞月任務,這則是後話),但看看其前身UR-500「質子」號後來的成功與輝煌,尤其是其在蘇聯探月工程中的突出貢獻,人們有理由相信這會是一款可靠的運載火箭。
今人製作的UR-700四視圖
至於揚格利的R-56方案,其命運與UR-700一樣都沒有付諸實施,目前只能根據公開的數據推斷其設計高度約為68米,質量為1421噸。值得一提的是,與UR-700一樣,R-56也採用456試驗設計局開發的RD-270型發動機,而當時執掌456設計局的,正是科羅廖夫的老相識,亦是死對頭瓦連京·格魯什科(Валенти?н
Глушко?),這又為蘇聯登月的火箭之爭蒙上了一層私人恩怨的陰影,而據列昂諾夫回憶,二人在工作中的關係曾經異常緊張。R-56並未成為N-1火箭的有力競爭者,並在之後幾年便被淘汰,有說法認為是因為揚格利本人對科羅廖夫的尊重和對黨同伐異的厭倦而自行放棄。對於這三種火箭孰優孰劣,該選擇哪一型為等於計劃所用,當時的蘇聯高層遲遲下不了決斷。就是到了R-56方案被放棄,對於選擇N-1還是UR-700,還是舉棋不定,這裡純粹的技術爭端不多,卻雜糅了不少個人恩怨。
出席招待會的科羅廖夫(左)與格魯什科(右),二人的關係非常微妙。
1963年,格魯什科與航天員加加林(左)與帕維爾·波波維奇(右)在一起。科羅廖夫與格魯什科交惡,是因為在蘇聯大清洗期間,格魯什科為了保全性命檢舉揭發了科羅廖夫,導致其被捕入獄。
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