发展前景广阔的俄罗斯空天飞机MAKS

  前苏联和现在的俄罗斯是航天大国,在世界航天领域占有举足轻重的地位,在航天史上曾写下过辉煌的篇章。曾几何时,昙花一现的"暴风雪"号航天飞机不得不静静地躺在公园中成为人们观赏的工具。但是,俄罗斯研制"多用途航空航天系统"(MAKS)的思想并没有放弃,"螺旋"计划和"暴风雪"号航天飞机升空并没有白费,它使设计者积累了丰富的经验,也为研制MAKS系统奠定了坚实的基础。
  空天飞机或称"有翼航天器",不仅仅在俄罗斯,也在世界主要航天国家中得到过发展。美国制订了NASP、AMLS、PLS、SSTO等计划,法国有"海尔梅斯",德国的轨道飞机为"桑格尔",而英国则推出过"霍托尔",日本也有HOPE和HIMES(海姆斯,即高机动性试验空间飞行器)计划等。但这些方案因各种原因而被"冻结",或已转向其它方向。在所有的空天飞机计划中,只有俄罗斯的MAKS计划最为现实,同时,俄罗斯也拥有足够的技术储备,唯一缺乏的是资金保障。
  
  从"螺旋"计划到"暴风雪"航天飞机
  
  有翼航天器的先锋当属60年代初在著名工程师洛吉诺洛金斯基领导下研制的"50-50计划",也称"螺旋"计划。1962年,米高扬领导的第155设计局根据科罗廖夫下达的任务开始研制"50-50"计划,其中的"50号产品"为单座军用空天飞机,而"50-50号产品"为高超音速载机。"50"这一数字表示为即将到来的伟大十月革命50周年献礼,并计划在此时进行首期亚音速试验。高超音速载机由图波列夫设计局负责研制,它应在极大的速度(5.5~6倍音速)和24~30公里的高度上释放这架10吨重的空天飞机。计算表明,该系统的有效载荷重量约为其发射重量的12.5%,且有85%的发射重量返回地球,而当时科罗廖夫设计的320吨重的联盟火箭只能将发射重量的2.5%送上太空,返回地球的只有2.8吨重的着陆器。同时,"螺旋"不光能返回,它还可以再次飞行,而且无需航天发射场。当时制造了试验型轨道飞机,并进行了首批计划内的飞行。在返回大气层时,它就像飞机一样,可在半径为600~800公里的范围内选择着陆点。它的用途极为广泛,既可作为航天轰炸机或侦察平台,也可作为航天武器载机或作为有人驾驶的救援机,同时还可作为截击机或只是作为技术验证平台。
  1967年开始制造有人驾驶轨道飞机的缩比试验器。在这些1/2和1/3模型中,代号"105.11"的模型用于亚音速大气层试验,"105.12"用于超音速研究,"105.13"用于高超音速研究,但这一项目于1969年6月被中止,当时的国防部长格列奇科元帅认为这简直就是"天方夜谭"。1974年6月30日,在火箭发动机专家格鲁什科的支持下,"螺旋"计划恢复实施,并拟进行轨道飞机的亚音速飞行试验。1976年10月11日,该轨道飞机完成了第一次飞行,一年后的11月27日也完成了"米格-105"试验机从图-95KM型机上在5000米高度上的第一次投放,总共进行了8次试飞,从而确定了该空天飞机的亚音速气动性能和各系统在大气层中飞行的性能。该空天飞机呈平底形状,采用升力体式机身,前部较大并向上翘起,因此该机又被戏称为"套鞋"。这种几何形状可大大降低机身在再入大气层时的受热程度。该机的独特之处是其可变式机翼。机翼安装时与水平面呈60度角,在起飞、轨道飞行和再入大气层时用作垂直安定面。在再入大气层并将速度降低到亚音速后,机翼转至水平状态,从而增加了升力。机身、机翼和巨大垂直尾翼的后掠角度分别为78、55和60度。"米格-105"安装有科列索夫研制的RD-36-35K型涡轮喷气发动机,轨道发动机由19台大小不一的发动机组成,以进行轨道粗定位和精确机动。该飞机长8.5米,高3.5米,重4220公斤,翼展7.4米。这一方案最终被取消,但空天飞机的研制工作仍在继续进行。
  在70年代初,美国研制了"太空梭"轨道飞机,也就是目前正在使用的航天飞机。这一时间,前苏联也开始制造自己的"太空梭",即"暴风雪"号航天飞机。为研究从轨道返回时防热问题,设计者还研制了"布拉风-4"无人驾驶试验器,以"宇宙"系列的代号完成了4次轨道飞行,时间分别为1982年6月4日、1983年3月16日和12月27日及1984年12月19日。最初两架空天试验机均溅落在印度洋上,其打捞工作引起了西方国家的注意。于是,后两架"布拉风"均着陆于克里米亚海区。暴风雪于1988年11月15日发射升空,并完成了极其精确的自动着陆。后来,苏联的政治与经济生活发生了巨大变化,航天计划拨款急剧减少,于是,"暴风雪"也就成了"多余之物"。
  
  前景广阔的MAKS系统
  
  从80年代中期开始,航天活动出现了新动向,一些航天大国开始研制新型航空航天运输系统,前苏联/俄罗斯也开始研制双级多用途航空航天系统,即MAKS。这是研制未来单级入轨空天飞机的第一个、也是必须经过的阶段。到目前为止,已设计出轨道级结构的主要部件,制造了外部燃料箱模型。闪电科学生产联合企业早在80年代便已开始实施MAKS计划,甚至是在"暴风雪"号飞行之前。该计划充分利用了"螺旋"计划、"布拉风"试验机计划和"暴风雪"号的经验与成果。
  MAKS可用于执行广泛的太空任务,是一种两用空天飞机,既可完成军事任务,也可用于其它目的,其中包括:对地球上的任何一点进行侦察;向近地轨道发射和从那里回收有效载荷;各类太空设施的运输保障;轨道应急救援;进行科学与工艺试验;对太空进行国际监督;对太空和地球表面进行生态监控;在真空和微重力条件下制造晶体、生物制品和其它材料。与运载火箭相比,MAKS系统具有以下优势:(1)发射成本低。它将1公斤有效载荷送上基准轨道(高度200~300公里)的费用只有1000~1500美元,而一次性运载火箭为12000~15000美元/公斤。它的发射费用也低于第一代可重复使用航天器("暴风雪"号和美国航天飞机)。(2)具有机动发射能力。这是它与航天飞机的一个不同之处,这可保证它能将航天器送上任何轨道,并可以向任何方向发射。(3)发射时机亦不受轨道要求的限制。(4)在从轨道返回时可进行横向和纵向的广泛机动。(5)使用效能高,可运回有效载荷并进行多次使用,除外挂燃料箱外,MAKS的主要系统均可重复使用。(6)可利用现有的一级飞机场,只需再配备必要的加注设备、地面技术与着陆系统即可。(7)减少了各级火箭的溅落,而且燃料无毒,有利于生态环保。
  MAKS系统由亚音速的载机和驮载在它上面的、带有外部燃料箱的轨道级组成。根据原来的设想,作为MAKS第一级载机将是安-225"梦幻"飞机。轨道级由安-225"梦幻"飞机发射后,将借助自身的发动机进入轨道,完成任务后独自返回地球。但最新消息称,安-124型运输机被选定为该系统的空中航天发射场。但安-225和安-124并不是唯一的运载工具,今后还可能将使用更加强大的双机身飞机"大力士"。
  轨道级(即第二级)为空天飞机及助推火箭发动机。为在空中发射MAKS需要使用火箭,以将其发射到太空轨道上。俄同时还在研制更重型的MAKS型系统,其运载能力可达18吨。该系统第二级有三种变体,即MAKS-OS、MAKS-T和MAKS-M,即载人型、一次性使用型和无人货运型。
  MAKS-OS由可重复使用的轨道飞机和外部燃料箱组成。火箭发动机装置包括有2台RD-701型发动机,可使用两种燃料(液氢和煤油)氧化剂为液氧。MAKS-OS飞机的有人驾驶基本型带有可乘2名乘员的座舱。同时还将研制MAKS-OS轨道器的TTO-1和TTO-2方案,分别用于救援和小规模的运输技术保障。为向轨道上运送大型有效载荷,提出了改进型MAKS-T,它具有一次性使用的无人驾驶第二级,与MAKS-OS使用相同的外部燃料箱,但代替轨道飞机的是安装有火箭发动机的货运载体,并将有效载荷配置在整流罩之下。MAKS-M第二级实际上是多次使用的无人驾驶轨道飞机,它的研制需要解决一系列的复杂技术难题,将在制造出头两种改进型后出现,是MAKS构想的发展。
  在未来25~30年内,MAKS系统具有广泛的发展前景。在1994年11月的布鲁塞尔国际发明博览会上,MAKS计划获得金奖和比利时总统特别奖,其比例模型也曾在1997年的法国航展和俄罗斯茹科夫斯基航空航天博览会上展出。太空已成为卫星发射与服务市场的争夺场所,这一市场的容量以数十亿美元计算并以每年10%以上的速度递增。在这种条件下,只有提出最低发射价格的一方才能获胜。如果MAKS系统得以建立,俄罗斯的卫星发射工具将完全有能力与美国未来的空天飞机相竞争,极有希望占领世界航天发射市场的60%的份额。这一系统的研制规划能否最终变成现实,需要俄总统和政府做出最终决定。
  MAKS的性能参数为:发射重量620吨,第二级重275吨,有效载荷重量9吨。轨道飞机部分的主要参数为:乘员数量2人(或为无人驾驶),飞机长19.3米,机高8.6米,翼展13.3米,重量27吨。该项目需要财政拨款数量为18亿美元。△

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