俄国航天衰落了么?瘦死的骆驼比马大

苏联是第一个发射人造卫星和将人送上太空的国家,俄罗斯虽然继承了它的大部分航天遗产,但俄罗斯时代航天投资不多技术下滑,很多中国人觉得,俄罗斯航天要完蛋了!现在网上甚至出现俄卫星导航系统并入北斗的误读,另一方面美国却买俄国火箭发动机,这是不是美国日暮途穷的征兆呢?其实瘦死的骆驼比马大,即使是病弱的俄罗斯航天,虽然综合实力弱于美国,但总体实力仍然是不应小看的。

卫星导航系统俄国更强

先说说卫星导航系统的故事。美国最先研制和部署卫星导航系统,冷战期间两强争霸,美国开了头苏联自然也跟上,于是有了格洛纳斯(GLONASS)系统。由于苏联技术差卫星寿命短,比如最早的技术试验卫星寿命仅有14个月,实用卫星只有22个月,后来的改进型卫星寿命也不过提高到3年,所以直到1996年初才建成拥有24颗运行卫星的格洛纳斯导航星座。俄罗斯随后遇到金融危机, 1996到2001年俄罗斯用质子火箭一箭三星发射9颗格洛纳斯卫星,结果卫星失效后得不到补充,到2001年整个导航星座只剩7颗卫星还在工作,这时俄国经济困难连军费都跌落到只有几十亿美元,军用的格洛纳斯系统看起来真要完蛋了。

格洛纳斯卫星

21世纪石油大涨价,俄国航天也缓过气来重振雄风,到2005年格洛纳斯工作卫星增加到12颗,新增加的卫星主要是改进版格洛纳斯-M卫星,俄罗斯还研制了更现代化的格洛纳斯-K卫星,达到了GPS导航卫星的水平。导航卫星技术水平提高后,尤其是新卫星设计寿命提高到7年和10年,格洛纳斯星座补网就容易多了。2012年初俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统再次拥有24颗运行卫星,重新拥有了提供全球卫星导航信号服务的能力,此后俄罗斯的格洛纳斯导航系统一直正常运行。

格洛纳斯-M卫星

格洛纳斯-K卫星模型

俄国最艰苦的时候也没有放弃格洛纳斯系统,建成而且多年连续提供全球服务后,当然更不会放弃,那么这个谣言是怎么回事呢?

由于各国卫星导航信号都用相近的频率,为此北斗-GPS、北斗-伽利略和北斗-格洛纳斯的双边协调会议在不断召开,互相协调避免冲突加强兼容性。有些人不仅孤陋寡闻而且望文生义,没看到北斗和伽利略以及GPS召开协调会议的消息,只看看到北斗和格洛纳斯进行协调的报道,衍生联想俄罗斯这几年经济困难,看来是维持不起格洛纳斯系统,为并入北斗系统打前站。对于这种将想象当事实讲的案例,只能说有些人思路实在太广了。

其实较真起来,我们的北斗还是一个区域导航系统,而俄国的格洛纳斯却是稳定运行了多年的全球导航系统。论卫星导航系统的技术水平、组网能力,更不要说运行经验,中国都是不如俄罗斯的。卫星导航上鄙视俄罗斯,甚至思路广传出格洛纳斯并入北斗的谣言,实在有些自我膨胀、夜郎自大的味道。

北斗区域导航系统服务区图

俄国火箭发动机有求于人

美苏两强争霸,总的说来航天上美国明显技高一筹,不过尺有所短寸有所长,苏联在高压补燃液氧煤油发动机上却是一枝独秀,液氧煤油发动机的技术和性能比美国更强。20世纪90年代美国空军研制新一代一次性运载火箭(EELV),洛克希德公司就选择了俄罗斯的RD-180高压补燃液氧煤油发动机,签订合作协议进口了一百台。这个案例,也是很多人认为美国火箭发动机技术不行的典型,然而真的如此么?

美国EELV火箭最终选择了两种火箭,洛克希德的宇宙神5和波音的德尔塔4,这是当年国防部长麦克纳马拉留下的德政,免得一家独大垄断后漫天开价。德尔塔4火箭使用美国普惠公司研制生产的RS-68氢氧发动机,这是一种300吨级的大推力发动机,也是世界上推力最大的氢氧发动机,而宇宙神5用的就是俄国动力机械科研生产联合体(NPO Energomash)的RD-180液氧煤油发动机。美国当然能研制同样性能的发动机,但自己做一个满足需求的液氧煤油发动机远不如买俄国货便宜,全球化时代当然要全球采购降低成本了。

宇宙神5火箭使用RD180发动机

RD-180发动机的交易还有一个小花絮,美国公司认为库兹涅佐夫设计局的NK-33发动机改进宇宙神火箭更合适,毕竟RD-180还在纸面上,而NK-33是N-1火箭的现成遗产,都是库存的便宜货,但俄罗斯国防部不干。1995年10月,俄罗斯航天局和国防部联合致信洛克希德公司,希望洛克希德公司选择RD-180发动机,美俄蜜月期间俄国官方的分量非同小可,最后美国公司果然选择了RD-180,换句话说,RD-180发动机其实是俄国有求于人的产物,否则美国人就算不选NK-33发动机,也自己研制火箭发动机去了。

话虽如此,美国使用俄国发动机,如果没法替代,那不还是有求于俄国么,那么美国到底有没有能力生产RD-180这样的发动机呢?2014年乌克兰危机后,美国参议院麦凯恩等人上蹿下跳,指责买俄国RD-180发动机是卖国,美国公司只好推动发动机国产化,准备以后弃用RD-180。普惠公司火箭分部拿出了AR-1大推力液氧煤油发动机,AR-1发动机单发地面推力226吨,双发并联即可取代单泵双室的RD-180发动机。

阿罗杰特-洛克达因提出的AR1发动机(竞争火神火箭发动机)

联合发射联盟(ULA)决定研制火神火箭取代宇宙神5火箭,然而他们又想省钱,老伙伴普惠火箭分部的AR-1发动机反而成了备选方案,蓝色起源公司自筹资金研制的BE-4发动机反而成了正选,因为BE-4发动机不用联合发射联盟分担大部分研制资金啊。BE-4是一种单发推力约245吨液氧甲烷发动机,火神火箭第一级双发并联,同样能取代RD-180发动机的作用。无论是AR-1还是BE-4发动机,都将在2019年左右完成研制,留给俄国货的时间不多了。

联合发射联盟未来的火神火箭(首选BE4发动机)

2017年3月,第一台BE4发动机下线(开始点火热试车)

美国不会再采购RD-180发动机,而俄罗斯国内的新型安加拉运载火箭并没有使用RD-180发动机,曾打算使用RD-180的Rus-M火箭因为预算不足被迫取消了,RD-180这种性能在今天仍然屈指可数的大推力火箭发动机已经走到了末路。

简而言之,美国购买RD-180发动机,本来就是全球采购降低成本的产物,而且还是照顾美俄关系的结果。当美俄关系骤冷后,RD-180发动机的出口自然也就难以为继了,那么美国受到的影响如何呢?美国运载火箭反而更加欣欣向荣,未来美国大型火箭包括重型德尔塔4、重型猎鹰、新格伦和重型火神,即使冷战时期20吨级以上大运力火箭也没有这样盛况空前的繁荣场面。RD-180发动机问题上美俄到底谁有求于谁,结论不言而喻。

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