从“静海”到“安加拉”——俄产火箭薪火相传

杨青格 张帆（北京航天动力研究所）

1 引言

从弹改箭的“静海”（Shtif）火箭和苏联老牌“质子”（Proton）火箭，到新时代系列火箭“联盟”（Soyuz）家族，再到通用式火箭“安加拉”（Angara）家族，这些典型的俄式太空运载器伴随着俄罗斯航天人执行了几十年的太空任务，包括微型纳米卫星入轨，“国际空间站”（ISS）合作，以及探火、探月等重大任务，可谓“薪火相传，代代燎原”。

目前，俄罗斯航天国家集团（ROSCOSMOS）已经正式宣布停止生产航天工业主力质子－M重型运载火箭，该型号的最后14枚火箭将于2026年全部服役结束，彼时，苏联时期的火箭时代在某种程度上也将画上一个句号。计划接力“质子”的新型火箭安加拉－A5M将于2024年发射：这是一款全新的清洁能源型火箭，标志着俄式火箭正式进入环保时代。

火箭型号从左至右依次为“翼型”“静海”、安加拉－1.2、联盟－2、安加拉－A5和“质子”

2 轻型火箭“静海”

到2030年为止，俄罗斯航天国家集团将完成对“静海”轻型火箭的清退工作。“静海”火箭是目前俄罗斯航天国家集团在役的最轻型运载器，该型号前身为洲际弹道导弹PC－18。根据前苏联和美国签订的《削减和限制进攻性战略武器条约（CHB－I）》规定，类似的洲际弹道导弹型号需要从军用领域移除，改装成民用的运载火箭型号。“静海”火箭的近地有效载荷约2t，仅适用于将纳米卫星和小型设备送入太空科学站。

俄罗斯航天国家集团之所以决定将“静海”火箭彻底清退，原因有很多。一方面，这些火箭已经过了产保期限，最后一批PC－18导弹是在1985年生产的，到2020年，即使是最晚生产的一批也早已过了保修期。此外，2015年乌克兰政府曾切断了“静海”火箭控制系统的供应链，严格禁止其出口。因此俄罗斯便无法对“静海”火箭进行更新换代，2018年便被迫结束了“静海”火箭的所有发射任务。

另一方面，2020年6月，俄罗斯国防部与赫鲁尼切夫中心签署协议，计划将退役的PC－18B Stiletto导弹改装为静海－M运载火箭。官方数据显示，该火箭的俄产控制系统成本为6.9亿卢布，火箭改装、地面基础设施和上面级现代化改造总成本为34亿卢布。如果一切顺利进行，则至2028年，“静海”火箭便可“浴火重生”。

得益于弹改箭的结构优势，“静海”火箭的最大特点为体积小，机动性强，可在海上发射。

3 中型火箭“联盟”

毫无疑问，俄罗斯中型火箭的明星产品当属“联盟”家族。该型号的火箭生产可以追溯至1953年，由“俄罗斯火箭之父”谢尔盖·巴甫洛维奇·科罗廖福亲自操刀。第一代“联盟”火箭的服役时间为1966－1976年，32次发射，成功30次。

1973年，第一代“联盟”火箭升级为联盟－Y投入使用，一直持续到2017 年。在此阶段联盟－Y火箭共发射了800次，可靠性高达97.3%。

然而，“联盟”火箭的进化史并没有就此结束。当联盟－Y火箭获得了升级版的发动机、新型数字控制系统和导航系统后正式改名为联盟－2。联盟－2火箭首飞于2004年，火箭性能得到了大幅度的提升，有效载荷增至9.2t。

运送途中的“联盟”火箭及其上面级

后来又将联盟－2火箭的头部整流罩扩展至4.11m，以便运载器可以携带更大型的装置，此时该火箭被命名为联盟－2.1a。当联盟－2.1a迎来第2次现代化改造时，又将三子级安装了带有受控推力矢量的新型发动机 RD－0124，改造后命名为“联盟2.1b”，为俄罗斯现役版本。同时，通过移除联盟2.1b的侧面助推级，改造出轻型版本，命名为“联盟2.1B”。

可以说，“联盟”系列火箭是俄罗斯航天事业的强大主力军。其发射任务包罗万象，涵盖了商业客户和军事客户的大部分需求。它们甚至适用于俄罗斯所有的发射场，在拜科努尔、普列谢茨克、东方航天发射场以及南美洲的圭亚那航天中心均能顺利完成发射任务。无论是有效载荷重量还是入轨高度（可以将质量约9t的运载火箭送入低轨道或将质量达5t的卫星载荷送入太阳同步轨道），无论是发射成本还是研发难度，“联盟”系列火箭都能交付非常满意的答卷。

型谱完善，延续性发展是“联盟”最大的特点，未来俄罗斯还将继续加大对“联盟”火箭的投入，完成中型火箭的现代化升级。

俄罗斯现代火箭独特的俄式花纹

4 未来的中型火箭

然而随着时光流逝，斗转星移，再神话的火箭也有退役的那天。正如“联盟”火箭，在面对新型技术要求时，显得有些局促。尤其是当今航天领域非常看重一子级可重复使用技术，对此，俄罗斯航天国家集团的专家和领导都认为，需要将推进系统完成由煤油到氢氧和甲烷的转变。尤其是甲烷推进剂在燃烧时不会形成积碳，与煤油推进剂相比，发动机无需拆卸和清洗便可直接重复使用，在很大程度上实现降本增效。

俄罗斯航天国家集团的专家并不想走马斯克可重复使用火箭的老路，他们正在寻求一种其他的降落方式，即给火箭配备折叠翼。当可重复使用的一子级返航时，借助折叠翼可以进行空气动力飞行，有效降低迎面气流的速度。米亚西谢夫设计局使用上述技术概念研制出了一款新型火箭“翼型”项目。2021年10月，俄罗斯航天国家集团时任总经理德米特里·罗戈津宣布，“翼型”项目将于2022年底交付。

巴尔季尼研究所总设计师鲍里斯·萨托夫斯基提出，除了折叠翼设备，还将为一子级可重复使用火箭修建起落架，以减少滑行跑道的维护成本。

当然，俄罗斯航天国家集团对联盟－2火箭的技术升级并非只有可重复使用领域，所以“翼型”并非联盟－2真正的继承者。官方宣称下一代“联盟”火箭为联盟－5，又名“额尔齐斯”，计划使用合成燃料萘作为推进剂，火箭参数将得到有效改善。同时有效载荷重量也将得到大举提高，低轨道载荷预计接近17t，几乎是初代“联盟”火箭的两倍。

联盟－5火箭的设计工作均覆盖在俄罗斯当前的联邦太空计划内，飞行测试计划于2024年开始，到2030年，它将成为俄罗斯载人航天任务的重要运载器之一。据悉，其发射地点分为陆海两种：除了常规的发射场外，还能从海上浮动平台发射。联盟－5在初步设计阶段便提出了与安加拉－5火箭使用同种型号的头部整流罩，并将融合外国整流罩制造技术。

作为未来的中型火箭，“翼型”和“联盟”都将采用可重复使用技术和清洁能源，完成现代化升级。相比之下，“翼型”更加侧重无人巡航模式，使用折叠翼降落可重复使用子级；而“联盟”则采用经典的火箭垂直降落模式，同时可海陆两域发射。

“质子”火箭接受发射前的检测

5 重型火箭“质子”和“安加拉”

在未来的航天领域中，重型火箭和超重型火箭发展前景十分广阔，它们可以实现更大的太空任务，例如：向“国际空间站”进行运输补给，以及探火、探月或太阳系其他行星的登陆等。

目前，俄罗斯大型太空任务均由质子－M火箭担任。凭借自身705t的质量，“质子”火箭低轨道有效载荷可达22t。它还可以将高达6.3t的质量放入中间地球转移轨道，并将高达3.3t的质量放入地球静止轨道（距离地球约35000km）。最难能可贵的是，“质子”火箭不仅在有效载荷方面令人称赞，而且经过400多次的飞行验证，更是证明了自己卓然的可靠性。

尽管如此，“质子”火箭存在一个致命的缺点：推进剂庚基（偏二甲肼）具有高毒性。在苏联时期，废弃的“质子”火箭对哈萨克斯坦中部、西西伯利亚东南部和阿尔泰东北部地区均造成了严重的环境破坏。后来，俄罗斯航天国家集团通过在子级下降阶段完全燃烧剩余燃料，在很大程度上解决了这个问题。然而，随着时代的发展，技术要与环境保护相结合，因此摒弃有毒推进剂变得刻不容缓。

于是“安加拉”火箭应运而生。这不仅仅是一款新型火箭，更是一种新型火箭设计概念，即借助通用模块，改变子级组装数量，达到符合运载任务的最佳参数。例如：向近地轨道发射3.5t有效载荷的轻型火箭安加拉－1.2、向近地轨道发射24t有效载荷的中型火箭安加拉－A5，以及向近地轨道发射37.5t的重型火箭安加拉－A5B。

若按照火箭体型对比分析，则轻型安加拉－1.2可替代“静海”火箭，且有效载荷扩大1.5倍；中型安加拉－A5将替代“质子”；安加拉－A5B火箭将比目前所有在役的俄产火箭有效载荷都要大。

因此，“质子”火箭的停产在某种程度可以看出俄罗斯航天国家集团对安加拉－A5火箭的自信，并且已经准备好对其进行大规模生产。

重型火箭是未来航天领域的重点项目，“质子”火箭从苏联时代至今，一直独领风骚。如今，接力棒递到了安加拉的手里，日新月异。“质子”最大的优势便是高可靠性，而“安加拉”火箭则更具有现代火箭的发展理念，使用清洁能源，将可持续性贯彻到底。

6 结语

俄罗斯火箭和航天工业的水平正在稳步上升，对苏联时期的技术推陈出新，将现代太空技术与理论基础进行完美融合。尽管科研探索之路满布荆棘，但俄罗斯航天人员对此仍满怀期待，众志成城。

从目前所取得的火箭成果来看，俄罗斯将拥有非常完整的火箭系列以应对可能出现的所有太空任务。“联盟”系列和“安加拉”系列将得到大力发展。