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暴风雪航天飞机计划

蘇聯的可重複使用太空船計劃
（重定向自暴風雪太空穿梭機計劃）
此条目介绍的是暴风雪航天飞机计划。关于航天飞机，请见“暴风雪号航天飞机”。

暴风雪航天飞机计划（俄语：Бура́н，罗马转写：Buran）是一个存在于前苏联时代的可重复使用航天器计划。计划始于1976年，由当时苏联的中央空气动力学研究所（ЦАГИ；TsAGI）负责，以回应由美国国家航空航天局负责的航天飞机计划。本来苏联计算了成本后对于研制航天飞机兴趣缺缺，然而政治家认为既然美国国防部也有参与美国的航天飞机计划，表示这类的发展计划并不单纯只是民间的科学探索，而是一种有效的军事武器，因此希望利用这对等的计划制造一个潜在性的军事威胁，以平衡在冷战中各方的势力。暴风雪计划是苏联的太空探索史中最大型及最昂贵的计划，但纵然暴风雪号在外型上与美国国家航空航天局的航天飞机相似，实际上的功能却差别甚大，特别是自动化设计和发射方式的思维。

暴风雪航天飞机计划
Энергия — Буран
国家 苏联
组织
目标载人轨道飞行和再入
状态取消
航天计划信息
持续时间1971年−1993年
首次航天飞行OK-1K1
最近一次航天飞行OK-1K1
成功次数1
失败次数0
发射地点拜科努尔航天发射场
航天器信息
航天器类型暴风雪号航天飞机
运载火箭能源号
暴风雪号发射时的素描
发射前竖立阶段完成时的素描
暴风雪号航天飞机及能量号火箭模型

背景

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其实苏联的可重复使用航天器计划，早于1950年代末的太空时代时已经埋下了伏线。纵然这些构思没有被继续下去，及统一统筹过，但苏联的可重复使用航天器的构思相对较旧。在得知美国开始设计航天飞机并推出回应的暴风雪计划前，史上并没有任何一个计划到达生产阶段。

航天飞机的构思首次见于研发高空喷气客机风暴（英语：Burya）（Burya）。风暴的研发当时已经进入原形的阶段，已知曾作出数次测试飞行，但最终被中央委员会取消这个计划。风暴的最终目标是可以携带一个核弹头，推测是前往美国后再折返基地。风暴的研发被终止是基于决定了要发展洲际弹道导弹。另一个例子是于60年代研发的Zvezda（英语：Zvezda）（俄语星星的意思），亦同样进入了原形阶段。无独有偶，在几十年后的国际空间站计划中，服务舱被命名为“Zvezda”。在Zvezda后，直至暴风雪计划出现为止依然有零星少许的可重复使用计划。

发展

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暴风雪计划的发展始于1970年代的早期，用以回应美国的航天飞机计划。正当苏联的工程师喜好一架小型而轻巧的载具之际，军方的领导却倾向直接而全面地复制拥有三角翼的大型航天飞机，原来是因为苏联政客怀疑美国的航天飞机能够捕捉卫星，藉以维持两个超级大国之间的势力平衡。

航天飞机的建造始于1980年，首架成型的暴风雪航天飞机在1984年完成出厂。在1983年7月，由一架比例为实物1:8的模型（BOR-5（英语：BOR-5））进行了一次亚轨道的测试飞行。随着计划进行，总共作出了五次以实物模型进行的测试飞行。后期更有一架称为OK-GLI（英语：OK-GLI），或者“暴风雪号空气动力学模拟”的试验机，安装上了四台喷气发动机在机尾进行测试。试验机能以自己力量起飞，当到达测试的指定地点后，发动机熄灭让OK-GLI滑翔回基地。这样的测试为日后的暴风雪号提供了珍贵的飞行数据。而且有趣的是，这些数据与美国的企业号试验机被喷气客机运载升空后降落的方法所得出的数据不同。另一边厢的企业号，由于其设计是打算以可重复使用的航天器为主，故设计上不可改装上喷气发动机。OK-GLI共作了24次测试飞行，直至试验机被“耗尽”为止。

首次飞行

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参见：暴风雪号 § 首次飞行

暴风雪号的首次及唯一一次的轨道飞行任务，于1988年11月15日UTC3:00顺利发射升空。它是由经特别设计的能源号火箭助推器送上太空。由于此次任务是无人驾驶，所以机上并没装有生命保障系统，操控台上的显视屏亦没有装上任何软件。 [1]任务之中，暴风雪号用了206分钟围绕地球两周。[2]在返回地球时，航天飞机在拜科努尔航天中心的跑道上进行了自动降落程序。整体而言，苏联的设计评价更高，因为发射和回收方式较美国的简单而实用得多。

取消的计划

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暴风雪航天飞机全系列

在缩减及实际终止暴风雪航天飞机计划前，截止1989年为止的计划飞行任务如下： [3]

  • 1991年－小鸟号 首次无人飞行，任务为期1至2天。
  • 1992年－小鸟号 第二次无人飞行，任务为期7至8天。进行轨道飞行演习及空间站对接测试。
  • 1993年－暴风雪号 第二次无人飞行，任务为期15至20天。
  • 1994年－航天飞机2.01 首次载人飞行测试，任务为期24小时。船上装有生命维持系统及两张弹射座椅。机员两名，伊格尔･沃尔克为指挥官，亚历山大･伊万钦科为飞行工程师。
  • 第二次载人飞行测试，将包括两名宇航员。
  • 第三次载人飞行测试，将包括两名宇航员。
  • 第四次载人飞行测试，将包括两名宇航员。
 
位于茹科夫斯基镇的暴风雪号太空试验台，MACS，1999年

其后计划中的小鸟号第二次无人飞行被更改为提前于1991年进行：

  • 1991年12月－小鸟号（航天飞机1.02）第二次无人飞行，任务为期7至8天。进行轨道飞行演习及空间站对接测试：
    • 与和平号空间站的“水晶号”舱自动对接；
    • 空间站上人员转到航天飞机上，以进行一系列的系统测试24小时，当中包括遥远控制器。
    • 从空间站分离并于轨道上自动飞行
    • 与载人的联盟号-TM101航天器对接
    • 航天器上人员转到航天飞机上，以进行一系列的系统测试24小时。
    • 自动分离及返回地球降落

终止

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在首次飞行之后，苏联因缺乏资金及当时的政局而把计划暂时搁置。导致其后的两台轨道载具，预计于1990年完成的小鸟号及1992年完成的一台永远无法完成。整个计划最终由时任俄罗斯总统的叶利钦正式于1993年6月30日宣布终止。在终止前，整项暴风雪计划已经花费200亿卢布（109）[4]

虽然坊间普遍接受了终止计划是因为缺乏资金，但亦有传闻指因暴风雪号的首次飞行返回地球时“严重损毁”，导致不可能再作第二次飞行。暴风雪与美国航天飞机一样是铝制机身外敷隔热瓦，如果损坏深及铝制机身，则会如同哥伦比亚号一样解体。而隔热瓦的烧蚀是计划中的，两国航天飞机在每次飞行后均需大面积更换因烧蚀消耗的隔热瓦，尤其在机首、机腹和机翼前缘，没有“严重损毁”却能以一米内的偏差精确着陆，而又不能维修再作第二次飞行之说。后来苏联公布了暴风雪号从轨道返回后的照片及影片以证明可用性。

整个计划原意是为了提升国家形象、进行研究，以及追上和美国航天飞机计划一样同等水平的科技。当中还包括向在1986年发射升空，一直服务直至2001年的和平号空间站提供补给。但最终和平号空间站亦被一架航天飞机探访，可惜的是该架航天飞机是美国的，而并非暴风雪号。其中本来用以把和平号空间站与暴风雪号航天飞机对接的组件——暴风雪SO（即和平号对接舱），在执行“航天飞机－和平”计划前被重新拿出来并改装，以便把空间站与美国的航天飞机进行对接。

现况

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除了五架正式的暴风雪号航天飞机外，还有八架试验机。试验机用以测试数据或者作大气飞行，亦有些仅为测试电子组件摆放、驾驶程序的模型。[5][6]

2015年国家地理频道与俄罗斯摄影团队一同到访了存放于拜科努尔航天中心112-MZK组装大楼内的小鸟号和OK-MT试验机，披露了这两架前苏联航天飞机的现状。[7][8][9]

照片 编号 建造日期 用途 现况
太空飞行暴风雪航天飞机（量产实用型载具）
  航天飞机OK-1K1－暴风雪号
（1.01号，GRAU编号：11F35 K1） 		1986年 无人飞行（1988年） 残存的设备归属苏联时代的航天中心所在地哈萨克拥有，由于哈萨克缺乏资金维护任凭户外风吹雨打暴风雪号，2002年，机体连同能量号火箭被倒塌的机棚压毁。
  航天飞机OK-1K2－小鸟号
（1.02号，GRAU编号：11F35 K2） 		1988年 未曾使用 是前苏联暴风雪太空航天飞机计划中的第2架航天飞机，于1988年开始建造，1993年暴风雪航天飞机计划停止后，航天飞机现由哈萨克斯坦所拥有，航天飞机已残破不堪，已不复见当年代表旧苏联太空科技先进英姿焕发的模样。2002年暴风雪号机棚倒塌事故后，迁移至拜科努尔航天中心的112-MZK组装大楼。
  航天飞机OK-2K1－贝加尔号（英语：2.01號穿梭機）
（GRAU编号：11F35 K3） 		1990年 未曾使用 是前面两台航天飞机的设计改进型。现在经整修后保存于莫斯科近郊茹科夫斯基的飞行博物馆
2.02号，OK-2K2/OK-TK（英语：2.02號穿梭機）
（GRAU编号：11F35 K4） 		1991年 未曾使用 暴风雪航天飞机计划结束后部分被拆开，其余部分存放在莫斯科附近的图什诺（Tushino）机器制造厂之中
2.03号，OK-2K3（英语：2.03號穿梭機）
（GRAU编号：11F35 K5） 		1992年 未曾使用 暴风雪航天飞机计划结束后部分被拆开，其余部分存放在莫斯科附近的图什诺（Tushino）机器制造厂之中
空中及静态试验机
  OK-M/OK-ML-1/BST-001
（0.01号） 		1982年 静态测试 静态测试部分：零件、常温静态载入、质量惯性矩、有效载荷、发射载具界面测试（水平及垂直）。1982年建造。在2007年整修后于室外展示，现存放于哈萨克拜科努尔航天中心之中
  OK-GLI/BST-002（英语：OK-GLI）
（0.02号，暴风雪模疑机） 		1984年 空中测试 模疑空中试验机，于1984年组装。共实际进行过25次空中气动飞行测试试飞及9次滑行测试。2000年时从俄国被卖到雪梨做为奥运展览，最终由辛斯海姆汽车及科技博物馆购入，原本预定于2005年付运到德国;2008年法律诉讼胜利后到德国展出，今收藏于德国施派尔（Speyer）的技术博物馆之中。
OK-KS
（0.03号） 		1982年 静态电力／整合测试 静态测试部分：电子及电力。现存放于科罗勒夫的能量号工厂
OK-MT/OK-ML-2
（0.04号） 		1983年 机械模型 静态测试部分：设备使用说明、液体及气体载入方法、密封系统完整性、船员进出、说明书。现存放于拜科努尔航天中心的112-MZK组装大楼内，小鸟号旁边。
OK-M005
（0.05号） 		静态测试 震动及真空试验机。今存放在莫斯科的NIIKhIMMash测试厂房内
OK-TVI
（0.06号） 		静态热力／真空测试场 静态测试部分：热力／真空环境测试箱、热平衡过程。今主机体部分，存放在莫斯科的NIIKhIMMash测试厂房内
  OK-M008
（0.08号） 		静态测试 震动及真空试验机。2012曾于莫斯科展出。今存于莫斯科。
  OK-TVA
（0.15号） 		静态测试 结构试验机：载入及压力、热力及震动。整修时使用OK-5M的零件组装。今存放于莫斯科的高尔基公园之中。
相关按比例制作之实物模型及航天器
  BOR-4（英语：BOR-4） 1982年-1984年 米格-105螺旋太空飞机模型 螺旋太空飞机的1:2模型，曾被发射过5次。今存放于莫斯科的闪电科学生产联合体（NPO Molniya）公司之中。
  BOR-5（英语：BOR-5）（Kosmos号） 1983年-1988年 暴风雪号1:8模型的亚轨道测试 曾被发射5次。现存德国施派尔（Speyer）的技术博物馆之中。
乘坐部分实物原大 医疗生物测试
GLI水平飞行模疑器 飞行控制软件调教
  风管模型 比例由1:3至1:550的模型 曾建造85个不同比例的模型
气体动力学模型 比例由1:15至1:2700的模型

未来可能性

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在美国航天飞机哥伦比亚号于2003年发生空中解体事故后，均引起了不少人揣测把俄罗斯的能源号火箭及暴风雪号航天飞机重新投入服务的可能性。但是可惜的是，包括火箭助推器及航天飞机本身的所有装备，都因为苏联解体后没用而失修或被用作其他用途而不能再次重组。

技术数据

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与美国航天飞机比较图
 
位于茹科夫斯基MACS的暴风雪航天飞机太空测试场，1999年
 
1988苏联纪念邮票

质量分解

  • 总结构／降落系统的质量：42,000公斤
  • 功能系统及推进力的质量：33,000公斤
  • 航天飞机主发动机：14,200公斤
  • 最大有效载荷：30,000公斤
  • 最大起飞重量：105,000公斤

尺寸

  • 长度：36.37米
  • 翼长：23.92米
  • 高度（使用着陆架时）：16.35米
  • 荷载舱长度：18.55米
  • 荷载舱直径：4.65米
  • 机翼角度：78度
  • 机翼后掠角：45度

推进力

  • 轨道机动发动机总驱动力：17,600 kgf (173,000 N; 39,000 lbf)
  • 轨道机动发动机比冲：362秒
  • 操纵总冲量：5 kgf-sec
  • 反动力控制系统（RCS）总驱动力：14,866 kgf(145,790 N; 32,770 lbf)
  • RCS平均比冲：275-295 sec
  • 正常最大推进燃料载入：14,500公斤

与美国航天飞机的相似之处

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由于暴风雪航天飞机的出现是随哥伦比亚号航天飞机之后，及由于两个航天飞机系统的外表相似性—令人联想起两款超音速客机图-144与协和式客机的相似—因此有很多人揣测冷战期间的间谍在发展苏联的航天飞机上扮演重要的角色。但除了外表的相似之外，其实还有很多重要差异存在。因此，间谍的帮助可能只有外表及早期的结构设计而已。

与美国航天飞机的主要不同处

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  • 最大的区别是暴风雪在设计之初即没有打算回收主发动机。主发动机随能源火箭，在燃料耗尽后重返大气被丢弃，不需要随航天飞机，再加速超过第一宇宙速度进入环地轨道，因此在入轨的载重能力上超过美国航天飞机。两国发展航天飞机的初衷都是尽量回收航天器材部件，在石油危机后的能源上涨中均因能效比低被一次性火箭淘汰。
  • 暴风雪并不是能量号火箭助推器不可或缺的部分，它只是能量号可有效载荷的其中一种。任何质量达80公吨的组件均可以被能量号发射升空。
  • 能量号打从设计阶段开始就是为了配合不同用途，而非只作暴风雪航天飞机的发射器。最重一次配装（虽未曾建造）可以把重达200公吨的组件送上轨道。
  • 能量号亦适合把组件送到月球，但这种改装从未经测试过。
  • 由于暴风雪航天飞机即可载人飞行亦可无人飞行任务，故它拥有自动降落能力。而暴风雪人手操控未尝试运作过。美国的航天飞机后来亦被翻新以拥用自动降落能力，经改装后的航天飞机任务首次见于STS-121任务之上。
  • 由于航天飞机上没装有主要火箭发动机，因此空出了空间及重量负载额外组件。机上的最大圆筒状结构是能量号运载火箭，主发动机在火箭上，而并非燃料缸。
  • 能量号运载火箭助推器使用煤油-氧气液态燃料
  • 能量号的运载器及主发动机本来设计成可重复使用，但最终因经费被削减而没有被制造。美国的航天飞机亦有三具可重复使用的主发动机及固体火箭助推器。但燃料缸会因在大气层里燃尽而不可找回，所以每次发射均需装上一个新的外置燃料缸。
  • 暴风雪航天飞机在标准设定上可以搭载30公吨到轨道上，而美国的航天飞机只有25公吨。[10][11]
  • 暴风雪航天飞机拥有高的升阻比（6.5）[12]，对比美国的航天飞机只有5.5的升阻比。[13]
  • 暴风雪航天飞机的设计可以从轨道载20公吨组件回地球，对比美国的航天飞机只能载回15公吨的组件。
  • 暴风雪航天飞机与美国的航天飞机上的隔热瓦片放置方法不同。苏联工程师们相信他们的放置方法在热度力学上较为优胜。暴风雪航天飞机上的隔热瓦片没有灰色的加强碳化物嵌板及在机头盖帽之上。当中，前者的损毁被视为2003年美国航天飞机哥伦比亚号解体事件的主因。
  • 暴风雪航天飞机的轨道机动系统使用较为安全一点的GOX-煤油推进燃料，这种燃料低毒性、高性能。
  • 暴风雪航天飞机被设计成可以平放在发射台以便被特制的火车轨道运送，到达发射场地后才垂直摆放。这使暴风雪航天飞机的移动比美国航天飞机要快，因为美国的航天飞机只能作垂直移动因此移动非常缓慢。

在科学小说里出现的暴风雪号

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暴风雪航天飞机及另一个前苏联的另一个围绕轨道计划螺旋太空飞机，曾被提谢尔盖·库加能科在其双部曲小说《星星是冷战玩具》（The Stars Are Cold toys）中出现。当中暴风雪号被描写为配有虚构的“跳跃发动机”，是与外星人作星际交易的首选货物。在西方的科学小说中，航天飞机常以类似的铺排出现。

暴风雪航天飞机则出现在Payne Harrison的航天飞机探索小说《暴风无惧》（Storming Intrepid）。

暴风雪航天飞机则出现于视像游戏《彩虹六号－鹰眼行动》的外加包装之中。

在克莱格·汤玛斯的小说《冬鹰》（Winter Hawk）中曾出现一架虚构的航天飞机“Kutuzov”，用以取代苏联的激光卫星。

请参阅

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维基共享资源上的相关多媒体资源：暴风雪航天飞机计划

俄罗斯太空相关条目

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太空相关条目

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参考

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  1. ^ 暴風雪號穿梭機. NASA. 1997年11月12日 [2006年8月15日]. （原始内容存档于2006年8月4日）. 
  2. ^ Chertok, Boris. Asif A. Siddiqi , 编. Raketi i lyudi （火箭與人類） (PDF). NASA History Series. 2005: 179 [2006-07-03]. （原始内容存档 (PDF)于2006-10-11）. 
  3. ^ Экипажи "Бурана" Несбывшиеся планы.. buran.ru. [2006年8月5日]. （原始内容存档于2006年7月17日）. 
  4. ^ Wade, Mark. 葉利欽終止暴風雪計劃. Astronautix. [2006年7月2日]. （原始内容存档于2006年6月30日）. 
  5. ^ 能量與暴風雪，他們在哪. k26.com/buran/. [2006年8月5日]. （原始内容存档于2006年5月19日）. 
  6. ^ 冷戰遺蹟：前蘇聯的廢棄太空梭---暴風雪號 (視頻). [永久失效链接]
  7. ^ 八一八前苏联航天飞机的黑历史. nationalgeographic.com.cn. [2017-05-11]. （原始内容存档于2016-07-26）. 
  8. ^ 俄羅斯攝影師拍到了當年冷戰時期遺留下來的太空基地，走進去發現這裡已經變成太空梭的墳場了…. [永久失效链接]
  9. ^ Creepy Soviet Space Shuttles Are Sitting in a Kazakhstan Desert. nationalgeographic.com. [2017-05-11]. （原始内容存档于2017-05-12）. 
  10. ^ Wade, Mark. Shuttle. Encyclopedia Astronautica（英语：Encyclopedia Astronautica）. [20 September 2010]. （原始内容存档于2012-03-13）. 
  11. ^ Scott, Jeff. Soviet Buran Space Shuttle. Aerospaceweb.org. 5 February 2007 [2006-12-24]. （原始内容存档于2006-12-07）. 
  12. ^ "Molniya" Research & Industrial Corporation. Buran.ru. [20 September 2010]. （原始内容存档于2016-11-09）. 
  13. ^ Chaffee, Norman (编). Space Shuttle Technical Conference, Part 1. NASA. 1985: 258 [2016-11-08]. N85-16889. （原始内容存档于2016-11-09）. 

外部链接

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