文/格鲁什科
▲东方航天发射场转运火箭
9 月13 日,朝鲜领导人金正恩率领高级军政代表团搭乘专列到达位于俄罗斯远东地区的东方航天发射场,并在那里与俄罗斯总统普京举行了会谈。
提到苏联/俄罗斯航天发射场,一般来说,广大航天爱好者往往对于历史悠久的拜科努尔发射场和普列谢茨克发射场更加熟悉。那么东方航天发射场拥有怎样的前世今生?未来发展前景如何?俄罗斯又为何要大力建设这个发射场呢?
▲ 联盟-2.1a 火箭准备发射联盟飞船
在哈萨克斯坦腹地沙漠中,有一个对于全人类来说都具有重要历史意义的航天发射场——拜科努尔发射场,曾是苏联重要的导弹测试和火箭发射基地。此地在发射场建成之前,名为秋拉塔姆,属于十分荒凉的沙漠区域,恰好满足当时苏联秘密进行火箭发射、导弹测试的条件。
1955 年2 月12 日,苏联确定了靶场建设的地点、组织、数量、期限及其成本,以及负责管理该地的各种人员,并正式命名为科学研究测试靶场5 号(NIIP-5)。1955 年6 月2 日,苏联国防部参谋长批准了新试验场的组织结构,这一天也成为拜科努尔航天发射场的官方“生日”。之后,世界上第一颗卫星、世界上第一位进入太空的人类、世界上第一个脱离地球引力的物体……这个广袤沙漠中的发射场不断有火箭升空,创造着人类的各种“第一”。但在苏联解体后,拜科努尔发射场归属哈萨克斯坦,一个令俄罗斯尴尬的情况出现了——最重要的航天发射场竟然不在本国境内。
俄罗斯与哈萨克斯坦达成协议后,仍可正常使用拜科努尔发射场进行航天发射活动。根据目前的条约,俄罗斯可以租借拜科努尔发射场到2050 年,发射场境内由俄罗斯空天军和俄罗斯国家航天集团共同管理。
但是,对于俄罗斯来说,哈萨克斯坦毕竟是外国,而拜科努尔发射场对于俄罗斯的重要性要远远大于航天实力平平的哈萨克斯坦。如果两国关系发生波动,很可能导致俄罗斯失去最重要的航天发射场。至于地处俄罗斯阿尔汉格尔斯克州的普列谢茨克发射场,由于纬度问题,无法完全取代前者的角色,这种情况对于一个航天大国来说是不能接受的。
因此,1992 年底,俄罗斯太空部队便要求俄政府尽快在本国境内搜寻适合建造航天发射场的“好地方”。这个地方的纬度至少应该接近拜科努尔发射场的北纬45 度(纬度越低,从该地发射的火箭能够“借”到的地球自转力就越大,将载荷发射到近地轨道、同步轨道等,运力就越大),地理条件和路况都适合火箭运输,而且火箭残骸不会落入别国境内。经过一番挑选后,1993 年俄罗斯政府初步选择了3 个地方,全部位于俄罗斯远东地区,其中一个叫斯沃博德内的地方被认为是最佳选择。
斯沃博德内,名字意译为“自由”。这是俄罗斯远东地区阿穆尔州的一个小城市,目前大概只有5 万人,位于布拉戈维申斯克以北约120 千米处。这里曾经有一个苏联战略火箭军的战略导弹基地——斯沃博德内-18 号基地,但由于1993 年1 月3 日俄罗斯与美国签署了《第二阶段削减战略武器条约》,该基地被关闭。虽然该基地始建于1968 年,但为战略火箭军部队和普通居民建造的基础设施大部分仍然完好。当时俄官方评估认为,此地原本用来发射UR-100 导弹的发射井具备改造后发射火箭的可行性(该火箭正是由UR-100 导弹改造而来的),因此这里具备改造为航天发射场的条件。
▲ 斯沃博德内的综合条件很适合建设航天发射场
▲ 在东方航天发射场内组装的联盟-2.1b 火箭
不过,1993 年俄罗斯经济正处于混乱低迷状态。在这种情况下,有关在俄罗斯境内新建一个航天发射场的提案不受重视。之后,虽然重建发射场的声音一直存在,但受限于俄罗斯经济状况,这些建议长期未得到落实。
直到2007 年,在俄罗斯经济摆脱低谷后,新建航天发射场的建议总算显得更加现实了。2007 年7 月31日,时任俄罗斯航天局局长阿纳托利·佩尔米诺夫领导近百人的跨部门委员会,访问了斯沃博德内,主要目标就是为新的航天发射场选址。
由于顾虑火箭残骸落区可能经过中国和日本上空,乌苏里斯克(双城子)和符拉迪沃斯托克(海参崴)附近的选址都被否决。至于在库叶岛附近的选址,连最基本的基础设施都非常缺乏,完全不具备建设航天发射场的条件。
因此,在综合考虑了交通、落区和建设费用等因素后,斯沃博德内最终被认为是最适合建设航天发射场的地方。一方面,俄罗斯阿穆尔州每年平均有310 天是晴天,气候相对干爽,无强风,有利于火箭执行任务。另一方面,基于斯沃博德内现有设施来建造新的航天发射场,成本估计约为1800 亿卢布,而如果在俄罗斯远东地区海岸附近新建发射场,成本将达到3800 亿卢布。
2007 年11 月21 日,俄罗斯政府正式宣布,俄总统普京已于2007年11 月6 日签署了设立东方航天发射场的法令。从此,东方航天发射场这个名字登上了历史舞台。
东方航天发射场位于俄罗斯远东地区阿穆尔州,该州与我国黑龙江省接壤,而州名中的“阿穆尔”便是俄罗斯人对黑龙江的称呼。从发射场的中心位置算起,距离中俄边境最近处仅有135 千米左右。
值得一提的是,这是俄罗斯唯一的空天军不参与管理的航天发射场,完全由俄罗斯国家航天集团管理,因此该发射场相比普列谢茨克发射场和拜科努尔发射场来说,显得更加开放,经常组织参观等活动。
▲ 联盟-2.1a 火箭从东方航天发射场起飞
东方航天发射场的具体坐标为北纬51 度、东经128 度。相比拜科努尔发射场的北纬45 度、东经63 度,东方航天发射场的纬度要高出6 度左右。简单计算下来,在拜科努尔发射场,火箭可获得328.8 米/秒左右的最大线速度;而在东方航天发射场,火箭能够获得的最大线速度只有292.6 米/秒左右,降低约11%。不过,这已是在俄罗斯境内建设航天发射场所能找到的“最好地方”。
相比之下,世界上纬度最低的航天发射场是法属圭亚那库鲁航天中心,位于北纬5 度,能够让火箭获得463.2 米/秒左右的最大线速度,非常接近在地球上能获得的最大线速度465 米/秒。而库鲁航天中心曾是俄罗斯火箭“扬威国际”的最佳航天发射场,俄欧曾在那里共同运营联盟系列火箭的发射工位,可惜当前俄欧航天合作中断,联盟系列火箭在那里的发射工位也被迫闲置。
仅从占地面积上看,东方航天发射场远远不如拜科努尔发射场。根据俄官方发布的数据,东方航天发射场的占地面积约为700 平方千米,而拜科努尔发射场的占地面积达到了惊人的6717 平方千米。这是由于拜科努尔发射场的最初用途不仅包括发射火箭,还要测试各类导弹的性能。在随后数十年的扩建中,拜科努尔发射场几乎能发射苏联所有类型的战略导弹和火箭。可惜随着苏联解体和相关工业体系衰退,拜科努尔发射场的大部分发射设施已被废弃。
▲ 东方航天发射场“站点”-1S 发射工位
东方航天发射场于2011 年开始初步设计,第一阶段建设于2012 年启动,并于2016 年4 月竣工。截至今年10 月1 日,整个发射场只有1个可用的发射工位,名为“站点”-1S,2016 年3 月建成并进行了测试,能够发射联盟-2.1a 和联盟-2.1b 火箭。这两型火箭的区别是,联盟-2.1b火箭的第三级不再使用联盟-2.1a 火箭的RD-0110 发动机,改用更加强大的RD-0124 发动机。
▲ 安加拉-A5 火箭已在普列谢茨克发射场执行任务
未来,随着国际空间站退役以及俄罗斯空间站建设工程推进,东方航天发射场应该还能支持联盟-2.1b 火箭托举联盟系列载人飞船上天。此外,东方航天发射场正在如火如荼地进行新工位建设,主要用于发射俄罗斯新一代大型火箭——“安加拉”-A5 系列。
新工位已被命名为“站点”-1A工位,从规划来讲,属于东方航天发射场第二阶段建设任务。2019 年5 月30 日,该工位破土动工。作为俄境内纬度最低的发射场,该工位未来有望帮助东方航天发射场运作目前俄罗斯运力最强的安加拉-A5 火箭及其衍生型号。
为了确保运力指标,安加拉-A5火箭第一级共捆绑了5 个URM-1 通用芯级,每个芯级配备单台RD-191液氧煤油发动机。该火箭的近地轨道运载能力约为25 吨,旨在替换使用常温有毒燃料的质子-M 火箭。未来,它还会升级为“安加拉”-A5M。
其实,俄罗斯很早就想在东方航天发射场建设安加拉火箭发射工位,但受限于经济、政治、技术等原因,自2012 年起规划,工位正式破土动工要等到2019 年。所幸在2021~2022 年间,安加拉火箭发射区内的混凝土建筑基本完工,进度尚可。今年1 月19 日,普京对俄罗斯国家航天集团总裁鲍里索夫表示了对“站点”-1A 工位建设情况的重视,要求在2023 年内必须完工。
▲阿穆尔-LNG 火箭示意图
今年1 月,俄航天专家们在东方航天发射场开始调整安加拉-A5 火箭发射工位的压缩气体生产系统的技术状态,并进行了自主性测试。5 月,安加拉-A5 火箭的合练模型从鄂木斯克的飞行科研生产联合体出发,前往东方航天发射场。它将用于测试“站点”-1A 相关发射台的加注设备等。在此次运输中,俄方还使用了新型集装箱,而未来所有安加拉-A5 系列火箭都将使用这种集装箱运往东方航天发射场。根据9 月初拍摄的画面,“站点”-1A 发射工位的建设已经基本完成。
东方航天发射场第三阶段建设目前正在规划中,预计全面完工后,一型全新的火箭将从该发射场起飞,名为“阿穆尔”-LNG。LNG 是液化天然气的英文缩写,顾名思义,该火箭采用液氧甲烷推进剂。按规划,该火箭第一级可重复使用,将是俄罗斯首款可回收复用火箭。
“阿穆尔”-LNG 的别名叫做“联盟”-7,由俄罗斯化工自动设计局抓总研制。该单位自20 世纪末起重点探索航天甲烷燃料技术。阿穆尔-LNG火箭第一级将使用由俄罗斯化工自动设计局研发生产的RD-0169A 液氧甲烷发动机,推力约为80~110 吨,不过,发动机的具体数量未定,目前还没组装出用于点火试验的整机。
今年4 月17 日,俄罗斯国家航天集团总裁鲍里索夫来到位于萨马拉的进步设计局火箭航天科研生产中心,参观了生产设施和总装车间,与科研人员讨论了在东方航天发射场建设阿穆尔-LNG火箭的发射设施问题。7 月底,为了考察潜在的阿穆尔-LNG火箭第一级回收着陆区,调研委员会在东方航天发射场进行了为期一周的工作,包括确定火箭第一级着陆方案,以及规划如何将火箭第一级从着陆点运回发射场。此外,调研委员会还要确定遥测站的位置,保障遥测数据被顺利接收。
除了发射工位外,外界从卫星照片上发现,在东方航天发射场西部有一条笔直的跑道,这是配套修建的机场。由于该发射场远离俄罗斯的传统经济和工业中心,从俄罗斯欧洲领土向这里运送人员、货物,航空力量是必不可少的。在东方航天发射场建设期间,距离最近的主要机场位于布拉戈维申斯克,相隔150 多千米远,大部分货物必须通过火车或卡车转运,因此俄方决定进一步利用航空资源来提升发射场运作效率,新建机场足以运行世界上现役最大运输机安-124。
此外,俄罗斯赫鲁尼切夫航天科研生产中心曾希望改造伊尔-96 客机,运输火箭超大部件。当时,科研人员评估了空客公司的“白鲸”和波音公司的“梦想运输者”后,考虑到安-124 运输机的货舱无法容纳计划中的俄罗斯载人登月火箭超大部件、新型飞船和月面着陆器,未来这些载荷也难以用船运到东方航天发射场,因此可行的方案是改造俄罗斯最大的国产客机伊尔-96,其货舱直径可达9 米,机体再加长6.7 米,大致能够满足相关运输需求。东方航天发射场配套机场被要求达到这类大型飞机的起降标准。
苏联时期,许多承担重要任务或秘密使命的地区往往会有一座卫星城来提供基本生活服务,比如为拜科努尔航天发射场配套建设的拜科努尔市。因为东方航天发射场过于远离俄罗斯核心区域,就连距离较近的斯沃博德内也难以负担数万人的综合供给任务,所以离该发射场最近的俄罗斯定居点乌格列戈尔斯克被选定为配套的卫星城,实施大规模扩建。该城市离中俄边境大约只有110 千米。
2013 年4 月,普京提议,将卫星城重新命名为齐奥尔科夫斯基市,以纪念人类航天先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基。经过一系列行政与法律层面的变动后,2015 年12 月30 日,齐奥尔科夫斯基市获得正式命名,扩建工作也进入最后冲刺阶段。2017年,整座城市已经基本上能够维持东方航天发射场内所有员工的衣食住行所需,进入了良性运行状态。
毫无疑问,东方航天发射场是俄罗斯航天工业在过去的30 多年里最大规模的基础设施建设。相比计划在拜科努尔航天发射场使用联盟-5 火箭(取代乌克兰部件的俄罗斯国产版天顶火箭)执行商业发射任务,俄罗斯显然对于完善本国境内航天发射场、支持新一代运载火箭和载荷更加重视。虽然拜科努尔航天发射场轻易不会被弃用,在未来较长时间内都将是俄罗斯航天员飞入太空的唯一发射场,但东方航天发射场必将承担越来越多的俄罗斯重大航天发射任务——今年8 月11 日升空的月球25 号探测器是第一个,虽然进展不顺,却不会是最后一个。
▲ 东方航天发射场内的火箭总装塔
随着国际形势变化,俄与西方在航天领域的经济技术合作恐怕会逐渐难以为继。为此,俄罗斯一方面要进一步提升航天乃至国家工业体系的独立自主能力,在未来数十年内不断推进革新与发展,另一方面,“向东看”,拓展与广大发展中国家合作,将是俄罗斯航天工业的现实选择,也是国家战略转型的高度概括。
以朝鲜代表团近期访俄为例,据公开报道称,朝方对于俄制火箭和航天器的性能指标、从东方航天发射场起飞的联盟系列火箭残骸落区等技术细节进行了认真咨询,体现了其对俄罗斯航天技术的重视和期盼。近年来,朝鲜弹道导弹和运载火箭技术进步很快,但仍有较大的提升空间。朝鲜连续两次使用千里马1 号火箭发射万里镜1 号侦察卫星失利后,如果能够与俄罗斯开展航天合作,获得可靠实用的航天科研与发射能力,无疑将收获双赢。
▲ 齐奥尔科夫斯基市在2015 年左右建设场景