探索月球可不是美国专利!你知道吗?苏联人也差点奔月成功

1969年7月21日凌晨2点时分(UTC),当美国宇航员阿姆斯特等人成功驾驶登月舱在月球表面降落,他的名言:"这是一个人的一小步,却是人类的一大步。"从38万公里的月球表面传回地球时。全世界约4亿5千万人正在通过广播关注着这一历史时刻。

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当西方阵营正在因为此次胜利欢呼雀跃,而苏联各大火箭设计局气氛却格外的凝重,每个人都默然不语。18天前,苏联的第二次N1火箭试射失败了,而且对拜科努尔发射场造成了巨大的损坏。N1-L3火箭在升空后因为一个松动的螺丝,导致了多个火箭发动机突然停机。

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N1火箭第二发射失败

这个105米高庞然大物一共加注了680吨燃油,以及超过1780吨液态氧,在发射架上产生了猛烈的爆炸。N1火箭的爆炸的威力超过了1000吨TNT当量,爆炸产生橘黄色的火光迅速吞没了整个发射塔,发射基地瞬间升起了蘑菇云,其场面看起来不亚于一次小型的核试验!这次失败将拜科努尔发射场弄得一片狼藉,火箭发射台和指挥台全部都被摧毁,至少在一年内都能再使用了。

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美国卫星拍摄到的N1火箭发射的现场

随后在1969年和1972年,N1火箭又进行了两次发射。但是都惨遭失败,最终苏联不得不承认已无法追赶美国的阿波罗计划,停止了月球登陆计划,并将重心转移到建设近地轨道基地的项目上。

但是尽管美国在登月竞赛中取得最后的胜利,但是苏联人一度在这一领域遥遥领先美国人。

早在1956年当时的苏联科学院举行了关于高层大气研究的全联盟科研会议。会上执掌第一实验设计局(ОКБ-1)的苏联航天之父科罗廖夫,发表了一篇名为《利用远程火箭进行高层大气研究》的报告,他提出利用运载火箭发射探测器到月球轨道上,并返回地球受到了苏联高层的重视。在两年后科罗廖夫与他的得力助手吉洪拉沃夫共同拟定了一份宏大的月球探测计划。在《开发外层空间最为迫切的几项工作》文件中,科罗廖夫对苏联的探月工程进行了规划,按照步骤完成以下计划:

1. 实现探测器登陆月球

2. 对月表进行拍摄

3. 实现探测器绕月飞行

4. 实现绕地与绕月轨道交会对接,并研发相关的生命支持系统与远距离通信技术

5. 实现载人登月

6. 实现航天员在月球长期驻留

当1956年苏联就已经制定了登月计划的大纲时,美国总统肯尼迪在1962年才在赖斯大学发表演讲,宣布开展登月计划。当时苏联航空发展蒸蒸日上,其成就超过美国,创下了大量的世界第一的记录。例如1959年1月苏联的E-1.4探测器首次掠过月球,首次传回了大量关于月球的第一手资料。同年6月E.17探测器成功在月球实现硬着陆,仅仅2个月后苏联又成功将月球-3号飞向月球,拍摄到了月球背面的照片。1961年苏联成功将航天员尤里·加加林送入地球轨道,实现人类首次载人航天。而美国1962年才真正将宇航员送入地球轨道。时任苏联最高领导人的赫鲁晓夫,在与西方国家的访问中经常带去苏联的深空探测器的模型向西方领导人炫耀,显摆苏联在太空探索领域取得的各种成就。

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赫鲁晓夫和艾森豪威尔会晤时,将月球-2号携带的银球的复制品作为礼物赠予对方,可以看出赫鲁晓夫愉悦的表情

而最终美国的阿波罗计划进展顺利,成功地将宇航人送上了月球,而苏联的登月计划却屡遭失败。形成鲜明对比的是,美国的土星五号运载火箭共发射了13枚,没有一发发生事故,成功率百分之百;苏联的N1火箭一共发射4次,4次全部失败,直接导致苏联的深空探测计划的终结。那么在1962年到1969年这段时间到底发生了什么?美国和苏联的重型运载火箭的命运乃至探月计划的成败会为何如此不同呢?


苏联运载火箭之父——科罗廖夫

要说到苏联航天的发展史就无法绕开两个人:科罗廖夫和格鲁什科。谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫,出生于乌克兰。是苏联宇航事业的最伟大的设计师和组织者,其是第一枚射程超过8000公里弹道导弹的设计师,也是世界上第一颗人造人造卫星运载火箭的设计师,同时也是苏联载人登月的总设计师。瓦连京·彼得洛维奇·格鲁什科是苏联著名的动力物理技术科学家和火箭技术的先驱,苏联最优秀的火箭发动机设计师之一。20世纪30年代此二人是当时苏联两颗冉冉升起的科研新星,为了同一目标:征服太空而奋斗。但是一场突如其来的政治风波冲击了整个苏联社会,当然科学界也不例外。

1937年开始,斯大林发起了"大清洗"运动打击异己,首先受到指控的是格鲁什科,一度被捕并流放,其为了自保只得"供出"了同僚科罗廖夫。因为受到诬告,科罗廖夫以阴谋颠覆罪遭到指控,被判处十年徒刑,流放到偏远的西伯利亚挖矿。因为早年的事情,格鲁什科和科罗廖夫之间的关系异常的微妙。

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格鲁什科(左)和科罗廖夫(右)之间不对付

是金子总会发光,在蹲了6年的监狱后,科罗廖夫因为对苏联国防事业的突出贡献被提前释放了。从地狱归来的科罗廖夫很快展现出了其无与伦比的才华,似乎是为了弥补此前在监狱里的损失,科罗廖夫开始没日没夜的工作。在科罗廖夫的率领下,苏联的航天事业突发猛进,其研制了世界上第一种洲际弹道导弹,第一颗人造卫星,他设计的火箭将成功地将尤里·加加林送上了太空。作为苏联的航天事业的先驱,其的才华不仅仅体现在他是一名优秀的工程师,同时其是一名优秀的管理者和组织者。

因为R-7弹道导弹的研制成功,第一颗人造卫星的发射成功到将宇航员送入太空,科罗廖夫对于太空的探索欲也不断增强。早在发射人造卫星时,科罗廖夫就对于登陆月球非常感兴趣,但是他的计划到1958年才正式被批准。在1959年苏联连续发射了月球1号,月球2号和月球3号带来了宝贵了月球影像之时,用于登陆月球的大推力火箭计划也在有条不紊的进行。

于是1959年在一次火箭专家研讨会上,三名苏联科研人员分别提出了自己的构想,分别是科罗廖夫的R-7改进型以及N1火箭计划,切洛梅的全新的通用型运载火箭的方案UR-700以及扬格利根据现有的R-16洲际弹道导弹提出的R-56计划。科罗廖夫力推自己的N1火箭计划,并且利用其影响力和威望也成功的将N1火箭计划当作主要方向,但是后两者提出的设计方案并没有被否决而是作为洲际弹道导弹的设想进一步发展。值得一提的是,切洛梅的UR-700方案和扬格利R-56计划,均计划使用格鲁什科研究所研发的RD-270型发动机。但是科罗廖夫坚决不采用这个死对头研发的发动机,科罗廖夫坚持的理由在于RD-270型发动机使用偏二甲肼/四氧化二氮推进剂是一种剧毒燃料,因此对于使用的RD-270型发动机的UR-700和R-56计划科罗廖夫也坚决抵制。科罗廖夫和格鲁什科的私人积怨在这一时期集中爆发。据说后来扬格利R-56计划几年之后就被淘汰,是因为扬格利本人对科罗廖夫的尊重和对党同伐异的厌倦而自行放弃。

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切洛梅的设计方案,以后后来质子火箭的雏形

但是切洛梅一直坚持他的UR-700计划没有放弃,这导致了苏联高层迟迟没有下定决断到底采用谁的方案。一方面这是因为切洛梅善于利用各种政治资源,和赫鲁晓夫交好。另一方面科罗廖夫提出的初步方案确实没有切洛梅合理,科罗廖夫主张采用地球轨道交会对接模式即先使用火箭将登月组件发射到太空中,将各个组件进行组装之后在奔向月球这样需要至少发射两枚N1火箭才能完成任务。而切洛梅提出月球轨道交会对接模式,这也是后来美国人采用的模式,即使用一艘较大的航天器携带一个登月舱奔向月球,这样只用发射一枚火箭就能完成任务。因此切洛梅的方案也打动了不少人。而后来,科罗廖夫确实承认了地球轨道交会难度太大,而采用月球交会的方式。

因此切洛梅的UR-700项目和科罗廖夫N1项目并列发展,并且互相竞争,而苏联高层也迟迟没有下定明确决定支持某一个方案。1964年,苏联高层决定开展登月计划,而这个计划实际上被分割成了两个部分分别由科罗廖夫和切洛梅开展,其中科罗廖夫N1去登月,而切洛梅的UR-700去执行探月工程。实际上登陆月球是一项耗资十分巨大的项目,土星五发射13次总共花了65亿美元,平均每次5亿美元,而在当时核动力航母企业号的造价才4.5亿美元,也就是说美国执行的每一次土星五号发射任务,都相当于把"一艘核动力航母"给射上了天而且没有立即的回报。

本来探月工程的耗资都非常巨大,苏联又把这个资金拆开了两半来使用,导致无论是科罗廖夫的团队还是切洛梅的团队在研究过程中都存在资金不足的难题。

N1与土星五号——完全不同的命运

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土星五号和N1火箭的对比

由于科罗廖夫讨厌格鲁什科设计的带毒发动机,因此在N1火箭研制初期格鲁什科为N-1各级火箭设计了不同的发动机:RD-114、RD-115、RD-200、RD-220、RD-222、RD-223,没有一个被科罗廖夫相中。于是科罗廖夫自己选拔人才,从比雪夫飞机制造厂提拔了新人尼古拉.库兹涅佐夫来为N1火箭设计发动机。但是其毕竟缺乏设计火箭发动机的经验,没有办法研制出大推力发动机,最终的成果是推力较小的NK-15煤油发动机。NK-15发动机的推力不足只有175吨。而格鲁什科的RD-270发动机的数据有640吨。土星五号上的F-1发动机推力则达到了惊人的680.39吨。

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土星五号一级使用5台F-1发动机推动

既然推力不足就用数量弥补!科罗廖夫设计的N1火箭的一级足足安装了30台NK-15发动机。但是这样的设计也为后来火箭的发射接连失败埋下了隐患。而正当苏联登月计划磕磕绊绊地进行时,1966年1月科罗廖夫突然死亡。他的突然离世,让苏联的登月工程蒙上了一层阴影。其继任者米申是一名优秀的工程师,但是显然缺乏科罗廖夫在组织领导方面的人才和政治头脑。

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N1火箭底部并联的30台发动机

因此在资金不足,权力斗争和科罗廖夫突然离世的情况下,N1火箭相较于土星五号整整晚了2年才进行首次试射。比起土星五号,N1虽然推力更大, 但它只能将95吨的物体送入低地球轨道,而土星五号可以运送130吨物体。这是由于N1全箭都以煤油做燃料,而美国对氢氧燃料的研究起步早,使得土星五号设计时选用了比较成熟的氢氧发动机,以此获得了较高的效率。并且由于一级火箭并联了多达30台发动机,导致了其结构的极端脆弱,N1火箭的四次发射失败的原因全都和1级火箭发动机的故障有关。

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导致故障的原因有很多,据参与该项目的工程师回忆用于发射N1的拜科努尔基地不支持水运。为了通过铁路运送火箭,箭体各级都被拆散再重新组装。结果,许多潜在问题都不能及时发现并排除,并且由于缺乏资金的支持N1从未经过严格的出厂测试,甚至N1每次爆炸都在一二级分离之前。

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页面更新:2024-06-18

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