苏联的登月之路④——质子K-L1绕月任务

军心安营扎寨 2024-06-11 06:47:11

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Zond-6(12L)飞船绕月想象图

肯尼迪的联合登月提议

人们很难相信在1964年8月之前,苏联其实没有载人登月计划,最激进的方案也只是载人绕月。1961年5月25日肯尼迪在媒体面前放出载人登月的目标之后,所有西方媒体都认为苏联会自然的加入竞争,但其实赫鲁晓夫并没有认真的考虑肯尼迪讲话,反而将其认定为“忽悠”,因为苏联在太空领域当仁不让的一直领先美国。对于赫鲁晓夫来说,农业和住房比火箭更重要。

维也纳会议

在1961年6月肯尼迪在维也纳会见赫鲁晓夫时,肯尼迪提议成立一个联合登月项目。赫鲁晓夫的儿子谢尔盖·赫鲁晓夫回忆,这个提议“让我的父亲措手不及”。尼基塔·赫鲁晓夫没有正式回应。苏联人包括军方和科罗廖夫担都心分享他们的火箭秘密,赫鲁晓夫也担心将苏联火箭的弱点暴露给美国人。

两年后,情况发生了变化。肯尼迪重申了他的建议,赫鲁晓夫这次都更加积极。苏联现在拥有自己的R-16导弹舰队,并且更接近战略军事均势。随着古巴的不幸遭遇被抛在脑后,他觉得他现在可以与肯尼迪合作了。避免昂贵的月球竞赛并实际分担成本的前景开始看起来很有吸引力。在与军方的妥协中,联合月球计划将在每个合作伙伴独立发挥其作用的基础上进行,从而最大限度地降低技术暴露。

1963 年秋天,赫鲁晓夫做出了积极的回应,但在仅仅三周后,在这个神奇的提议进入任何技术性探讨之前,约翰·肯尼迪在德克萨斯州达拉斯被暗杀,这项提议就戛然而止。试想一下,曾经真有那么一丝丝的可能,美苏将联手登上月球。

联盟 7K-L1

联盟 7K-L1飞船

1964年初,苏联的月球计划仍然是使用联盟号复合体绕月飞行。随着联盟号的建造已经在进行中,R-7火箭已经非常成熟,第一批宇航员的顺利升空显示出非凡的前景,绕月任务确实有可能在1966-7年左右实现。 尽管联盟号综合体在1962-3年取得了相当大的进展,设计进入了高级阶段,而且最初的飞行模型也在建造中。但在1964年期间却放缓了,放缓的原因是由于OKB-1的任务过于繁重。

联盟 7K-L1飞船魔心

考虑到地球轨道交会机动的复杂性,科罗廖夫现在开始修改原来的概念。在地球轨道上组装的复合体的重量大致相同,为18吨。根据新计划:只有三艘航天器参与其中。 火箭块将使用更强大的氢燃料发动机。 联盟号飞船在登月时将缩短并减轻到五吨:轨道舱将被放弃。这个组合现在被称为联盟号7K-L-1,L代表Luna即月球。

L1本质上是一艘双座联盟号宇宙飞船,放弃了其居住舱,使其质量降至5吨。航天器还缺少一个备用降落伞容器,容器位置已被入口舱口取代!由于 7K-L1 变体的开发落后于原始联盟 7K-OK 航天器的工作,科罗廖夫的工程师有机会将许多新系统集成到 L1 中,这些系统在地球轨道联盟号上不存在。例如,L1将配备第一台苏联飞行控制计算机 - Argon-11。

下降舱SA升级,以第二宇宙速度重新再入。紧急逃生系统和附件,使用重新设计的头锥,以替换逃生系统本来连接的居住模块。移除定向和停泊推进器DPO。功能将转移到D 级的 SOZ推进系统,采用了新型锥形有效载荷整流罩。

包含D级的完整7K-L1

D级先用辅助推进调节进入近地轨道,然后点燃主发动机变轨至转移轨道。

质子K-L1

由于OKB1的忙碌,这时候,竞争对手设计局OKB-52的首席设计师弗拉基米尔·切洛梅(Влади́мир Челоме́й)的提出了一个提案。他建议使用他正在建造的新型三级质子K火箭,他可以将7K-L1这样的航天器直接送上月球。只需要一枚火箭,不需要在轨道上交会或在地球轨道上转移燃料。

弗拉基米尔·切洛梅

切洛梅在科罗廖夫意识到发生了什么并阻止他之前设法获得了政府的批准。 切洛梅比科罗廖夫年轻一点——他出生于 1914 年,当科罗廖夫在战后开发德国 V-2 时,切洛梅制造了 V-1 巡航导弹的衍生品。从1944年到1954年,切洛梅开发了脉冲喷气发动机,巡航导弹和海上火箭。虽然科罗廖夫引领着苏联的航天事业,但切洛梅也能够为克里姆林宫提供新型军用火箭(SS-9,Tsyklon,Proton),反卫星武器(Polyot),雷达观测卫星,甚至正在研究用于太空监视的载人平台(Almaz)。切洛梅还有一个独特的优势,尼基塔·赫鲁晓夫的儿子谢尔盖为他工作。

1964 年 8 月,即肯尼迪向国会发表讲话三年多后,苏联决定登月。1963年到1964年,苏联官方逐渐意识到美国的阿波罗计划是来真的。美国的一些硬件已经开发,土星一号已经开始进行首次飞行。苏联情报部门报告了美国航天领域的迅速发展。苏联设计师开始向领导层提出了回应计划的问题。

谢尔盖·科罗廖夫(Sergei Korolev)于1963年9月23日提出的关于研究和熟悉月球的建议。它们都被标记为L-开头的计划:

L-1 使用联盟号复合体的绕月任务。

L-2月球车探索着陆点。

L-3载人着陆。

L-4 从轨道上研究和绘制月球地图。

L-5载人月球车。

搭载L1的质子K火箭

赫鲁晓夫收到了切洛梅、扬格尔和科罗廖夫的报告,他们每个人都有可以应对阿波罗的项目:

科罗廖夫为绕月任务提供了最新版本的联盟号综合体。他还正在开发一种强大的重型N-1火箭,可以一次发射将一个人送上月球。但自1956年以来,该项目发展缓慢。

切洛梅提出了他的UR-500K质子K火箭,用于直接绕月飞行任务,以及一个更大的衍生产品,即UR-700,用于直接登月。

米哈伊尔·扬格尔(Mikhail Yangel)的办公室提供了第三枚火箭,即R-56。

zond-5(9L)

1964年8月3日,中央委员会发布了决议#655-268,名为“关于研究月球和外层空间的工作”。 该决议: 正式启动苏联登月计划。 将这项任务交给科罗廖夫的 OKB-1,目标是在 1968 年N-1重型火箭将一个宇航员送上月球。 继续推进绕月计划。 这将由切洛梅的OKB-52完成,目标是在1967年将一个人送上月球轨道。该计划取代了联盟号综合体方案。

扬格尔项目被牺牲掉,切洛梅从科罗廖夫手中拿走了7K-L1,但科罗廖夫保住了自己以近乎研制了8年的N-1火箭。这一安排被认为是合理的,因为科罗廖夫确实过于忙碌,无法兼顾所有的项目。科罗廖夫本人认为质子火箭难以完成7K-L1绕月,或者说无法安全完成,但其继任者瓦西里·米辛(Vasily Mishin)认为,绝对有可能将联盟号剥离到足以与UR-500一起发射,于是OKB-1随后与切洛梅完成了L1的开发建造工作。

L-1飞船

L1飞船内训练的宇航员

在典型的 L1 任务中,三级 8K82K 火箭(又名 UR-500K 质子K)从秋拉塔姆升空。在第二级点火期间,有效载荷整流罩将在小型固体推进剂发动机的帮助下被抛弃。

发射前的飞船

在第三级分离后,D级(11S824)将进行两次点火中的第一次,其11D58发动机持续140秒,进入205公里的停泊轨道,轨道倾角51.5度。

质子K发射L1

L1任务剖面

被动飞行后,D级再次发射,将7K-L1航天器插入绕月轨道。然后,7K-L1将在加速向月球飞去时与D级分离。在根据计划的参数仔细测量飞船的实际轨迹后,航天器将有机会在距离地球约250,000公里的地方用自己的发动机进行校正。然后,它将在月球后面环绕,最小距离约为2000公里,进行摄影和遥感实验。

太空中的D级

完成环绕后航天器将返回地球,并在距离地球约150,000公里的地方进行另一次轨迹修正机动。然后,与机组人员一起的下降模块将分离并进行空气动力学再入地球大气层,在发射后七到八天内降落在苏联领土上。

搭载13L的质子K火箭

切洛梅在1964年后就开始全力推进L1绕月项目,但其实在中央委员会命令3个月后,他的设计局就失去了最大的支持者,赫鲁晓夫于当年10月被迫“退休”。

艰难的过程

“宇宙146”号

1967年3月10日,“宇宙146”号发射,在这个通用名称的掩护下,质子K火箭将称为2P的L1测试飞船送入地球轨道,这次测试使用的是简化版飞船,因为很多设备(主要是远程通信和飞控计算机)还没有完成,这次飞行测试了D级发动机,但关于任务的细节档案没有保留下来。首飞计划原定在1966年8月,从1965年开始两级的质子火箭已经成为苏联最强大的运载火箭,然而,为绕月开发第三级和L1质子K火箭适配工作遇到了不少问题。1967年8月又测试了编号3P的L1飞船(宇宙154)。

搭载L1飞船的质子K火箭

1967 年 9 月 27 日在推迟了4个月后,编号4L的第一条无人绕月L1飞船发射测试,但助推器故障发射失败。随后是11月22日5L再次发射失败(虽然逃逸系统运转正常)。

4L发射

1968年,6L飞船选择了与前两条不太一样的方案,它进入了一条远地点330000km的大椭圆轨道,这一轨道虽不绕月但已满足绕月条件,这样发射窗口相对宽松,科学家有更多时间调试火箭。这次发射因为等等导航系统至关重要的100K恒星跟踪传感器推迟了几个月,3月2日这次发射成功了,飞船获得了预期的大椭圆轨道,整个项目获得新的代号Zond-4(发送),但返回舱在9日的再入过程中烧毁。传感器监测到的减速过载过大,飞船判断无法落在苏联领土,自动启动了自毁系统(这是项目保密计划的一部分)。

6L任务

7L想象

米辛认为时间不等人,计划每个月一次L1飞船发射,但随后7L和8L又是两次失败,根据 1967 年 4 月制定的原始计划,9L本应是搭载两名宇航员完成绕月,但之前的一系列失败让工程师不得不放弃这么做。

9L

宇航员其实早就准备好了,宇航员训练负责人尼古拉·卡马宁和 L1 项目的宇航员,包括瓦列里·比科夫斯基、帕维尔·波波维奇、奥列格·马卡罗夫、瓦列里·沃洛申和尼古拉·鲁卡维什尼科夫等人在发射前赶到发射场,利用火箭推出过程再次演练登船操作。

zond-5拍摄的地球

9月15日,Zond-5发射升空,顺利进入绕月轨道,但100K恒星导航系统被一个新装的散热器污染了镜头无法使用,负责三轴稳定陀螺仪沿俯仰轴移动的电机失速加剧了困难,高增益天线的故障让精确轨道调节无法完成,不过随后克里米亚的工程师设法使用太阳能电池板用的99K太阳传感器完成了导航,并使用小型侧向URMD不断调节轨道。

Zond-5(9L)返回舱

9月21日,经过险象环生的飞行9L返回舱溅落在印度洋。如果奥列格·马卡罗夫坐在飞船内,他将是第一个环绕月球的人,但我想借他几个胆也不敢吧。结果Zond-5携带的两只乌龟变成了第一批绕行月球的地球生物。

Zond-5携带的两只乌龟

宇航员阿列克谢·埃利谢耶夫在L1模拟器中训练

10月10日,12L号飞船作为zond-6成功发射(10L改造为N1火箭的试飞载荷),进入绕月轨道,也面临了高增益天线的故障等问题。但最为致命的是返回舱的减压,在再入过程中返回舱压力降到了180mmHg,这导致舱内很多无法在真空中运行的设备失效,包括关键的降落伞空中系统,随后返回舱摔毁。

L1飞船再入过程

苏联人还在准备下一条L1飞船,但是1968年12月27日,美国佬的阿波罗8号成功完成了载人绕月返回,这使得剩下的质子L1绕月任务变得毫无意义。阿波罗8号,更大更重但从技术水平上并不如L1,阿波罗不具备无人导航的能力,很多重要步骤需要宇航员手动操作,但这也省去了本多不确定因素,因为早期的电子设备相当的不稳定。如果阿波罗飞船导航失效,宇航员可以使用大航海时代的六分仪完成精确导航,这是那个时候的无人飞船无论如何都做不到的。

任务中的阿波罗8号

1969年,经历了一次质子K火箭发射失败(13L损失)后,8月8日,Zond-7 (11L)航天器圆满完成了一次全状态绕月,Zond-7是 L1 系列飞船中的第一艘,如果宇航员在船上,它将安全圆满地将其送回地球的飞船。

Zond-7 (11L)拍摄的地球升起

不过20天前,尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林在月球上插上了美国星条旗。这让L1绕月任务完全丧失了政治意义,1969年底虽然该计划已经具备载人条件,还是被取消了。最后一条Zond-8(14L),在1970年10月完成了一次完美的绕月飞行后,被人们淡忘。(未完待续)@nordland 今日头条 原创首发

Zond-8

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