□ 张雪松

冷战结束以来俄罗斯航天依靠商业发射和参与国际空间站建设艰难维持。进入21世纪以后随着经济复苏，俄罗斯又启动了一系列新的航天项目，包括新一代运载火箭安加拉，以及宏伟的载人登月计划，这也是俄罗斯重获太空强国地位的标志。最近几年俄罗斯经济表现不佳，俄罗斯最终放弃了跟风美国星座计划的重型火箭研制计划，转而在安加拉火箭基础上研制能力增强的安加拉5V火箭。

RD-191发动机

安加拉的研制和试射

1992年俄罗斯政府决定研制一种新的运载火箭，它将摆脱现有运载火箭对苏联其他加盟共和国的硬件依赖，是俄罗斯国产化的运载火箭系统。根据需求，未来的俄罗斯新一代重型运载火箭系统要具备将24吨载荷送入近地轨道和把3.5吨载荷送入静止轨道的能力，从而在2005年前后取代现有的质子火箭。早期的研究还计划研制轻型和中型运载火箭系统取代乌克兰制造的旋风和天顶火箭。

安加拉系列火箭

俄罗斯能源集团和赫鲁尼切夫科研生产中心分别提出了重型火箭的技术方案，前者一子级使用研制中的RD-180发动机，后者一子级使用RD-170发动机。这些方案都停留在纸面上，但1994年赫鲁尼切夫赢得了竞争。1997年赫鲁尼切夫大改了技术方案，提出了基于RD-190发动机的模块化运载火箭方案，在竞争中再次取胜。新的运载火箭被命名为安加拉，1999年赫鲁尼切夫在巴黎航展上展示了安加拉1.1小型运载火箭。安加拉是一种模块化的、运力覆盖从小型到重型运载火箭范围的运载火箭家族，根据使用的公用芯级模块（URM）数量的不同，它的运力覆盖了从2吨到23吨的范围，重型安加拉火箭将用于取代质子火箭，中型安加拉火箭将用于取代天顶火箭，小型安加拉火箭则取代旋风等老式运载火箭。

俄罗斯从20世纪90年代开始政治动荡和经济崩溃，对安加拉火箭的研制产生了致命的损害。根据塔斯社2014年对赫鲁尼切夫的采访，从1994年到2005年间，安加拉火箭项目只得到了申请预算的4%，其中还有一半是2004年到2005年拨付的，赫鲁尼切夫中心不得不利用商业发射的利润艰难的维持着安加拉火箭的研制。

随着俄罗斯经济的恢复，安加拉火箭的研制开始步入正轨，但此前毕竟耽误了太长的时间，新一代运载火箭对赫鲁尼切夫的新一代员工来说也可以说是第二次创业，加上新火箭新技术的技术风险，安加拉火箭的研制进度还是一拖再拖，原定2011年的首次试射不断向后推迟。这段时间里，作为火箭核心的RD-191发动机和RD-0124发动机积累了数万秒的试车时间，为后来首次发射的成功奠定了基础。

RD-0124发动机

2013年5月底，小型的安加拉1.2PP火箭运往普列谢茨克发射场，开始发射场合练。2014年6月几经波折后安加拉火箭准备首次发射。6月27日安加拉1.2PP火箭进行了成功发射，飞行时间21.8分钟，虽然这只是一次亚轨道试验，但有效地验证了安加拉火箭的基本设计，为安加拉5火箭的成功铺平了道路。2014年12月23日，俄罗斯从普列谢茨克发射场发射了第一枚安加拉5运载火箭。

安加拉方案和衍生

俄罗斯赫鲁尼切夫航天科研生产中心和美国洛马公司联合创建了国际发射服务公司（ILS），使用质子火箭作为主要的发射工具。2002年安加拉火箭还在襁褓中的时候，国际发射服务公司就公布了安加拉火箭的用户手册。

安加拉系列火箭（最右为A5V）

根据官方公布的信息，安加拉火箭包括小型的安加拉1.1和1.2火箭、中型的安加拉A3火箭和重型的安加拉A5火箭，安加拉火箭使用公用芯级（URM）的概念，整个系列的模块化设计十分出色。安加拉的公用芯级直径2.9米，使用单台RD-191M高压补燃液氧煤油发动机，推进剂质量可达129吨。安加拉1.2PP只有一个公用芯级，而安加拉A3火箭则是3个公用芯级，安加拉A5自然是使用5个公用芯级。安加拉A3和A5火箭的芯级发动机起飞后会节流工作，从而实现助推器和芯级先后抛离的时序，达到更高的运载系数。安加拉火箭的第二级为URM-2，它使用RD-0124A液氧煤油发动机，其中安加拉A3和A5火箭使用直径3.6米、携带更多推进剂的URM-2，而安加拉1.2使用直径较小的URM-2。安加拉1.2PP之所以是亚轨道飞行，主要原因就是俄罗斯直接使用了3.6米直径的标准版URM-2，第二级质量过大无法进入轨道。安加拉1.2火箭用于近地轨道发射任务，而兼具近地轨道和静止轨道发射任务的安加拉A3和A5火箭将使用目前质子火箭上的微风-M常温上面级。赫鲁尼切夫中心还有为安加拉A5火箭研制可多次启动的KVTK氢氧上面级的计划，KVTK氢氧上面级将使用RD-0146D发动机，显著提高了安加拉A5火箭的同步转移轨道运载能力，但2015年的消息称最早2021年KVTK上面级才有望投入使用。

KVTK上面级（单位：毫米）

安加拉-A5V结构示意图

根据现有的报道，安加拉1.2和安加拉A5火箭都拿到了订单，而安加拉A3作为纸面火箭前途未卜。安加拉火箭虽然未能替代所有的老式火箭，但它仍是俄罗斯新一代运载火箭的代表。为了满足未来载人航天的需求，赫鲁尼切夫中心推出了安加拉A5P火箭，它去掉了第二级URM-2，通过使用一级半的设计可以将重达18吨的新一代载人飞船PTK-NP送入亚轨道，随后飞船发动机点火工作进入近地轨道。一级半火箭所有的发动机都在地面点火和检测，消除了发动机高空点火出现故障的隐患，提高了火箭可靠性和发射成功率，这也是我国长征五号B火箭的设计初衷。

赫鲁尼切夫中心还曾在安加拉火箭基础上提出了安加拉100超重型火箭方案，其近地轨道运载能力超过了100吨，不过它既没有使用安加拉火箭的URM-1和URM-2模块，连发动机也改用RD-170和RD-0122，实际上是截然不同的运载火箭。赫鲁尼切夫中心还提出了安加拉7/A7火箭的方案，安加拉7火箭可以将50吨载荷送入近地轨道，而更晚提出的安加拉A7可以将35吨的载荷送入倾角60度、高度200千米的轨道，或是将12.5吨的载荷送入同步转移轨道，但它们同样没能得到官方支持，但这些论证尤其是氢氧上面级的方案，为后来的安加拉A5V火箭方案奠定了基础。

安加拉A5V的出现

从最初的设计目标看，安加拉火箭的作用是研制一种全国产的运载火箭，摆脱对外依赖的同时，以模块化的设计取代原有种类繁多维护保障复杂的运载火箭，因此安加拉A5的设计运力只有24吨～25吨，恰好取代现役的质子火箭。

PTK-NP飞船模型

2013年俄罗斯为了实现载人登月的宏伟目标，进行了超重型运载火箭的招标，俄国各设计局纷纷提出方案：赫鲁尼切夫中心提交了Yenisei-5和Kaskad的方案，都使用基于RD-0120的氢氧芯级和液氧煤油助推器，近地轨道最大运力接近130吨；能源集团则是基于天顶火箭的Energia-5K和Sodruzhestvo方案，近地轨道最大运力70吨～80吨；进步设计局别出心裁地使用液氧甲烷发动机的stk方案，根据捆绑的液氧甲烷助推器数量不同，近地轨道最大运力从85到190吨不等。计划不如变化快，虽然俄罗斯启动了雄心勃勃的超重型运载火箭和登月计划，但政治经济形势急转直下之后，俄罗斯在2015年不得不无限期推迟超重型运载火箭计划，而安加拉A5V火箭恰恰在这个时候浮出了水面。

2014年底在经济衰退的影响下，俄罗斯航天预算也惨遭削减，无力支持超重型运载火箭方案。2015年初俄罗斯航天局评估了替代方案，认为不包括飞行试验的花销，安加拉A5V火箭的研制成本预计需要370亿卢布，而超重型运载火箭的研制成本却要高达7000亿卢布，虽然安加拉A5V火箭的运力弱得多，但却是可行的选择。安加拉A5V火箭的“5”代表了起飞级使用的URM数量，而“V”是俄语中Vodorod（氢）的缩写，安加拉A5V是一种在安加拉A5基础上，以氢氧上面级进行升级的方案，它将用于载人登月等多种航天发射任务。

2015年3月俄罗斯航天局透露了安加拉A5V火箭的部分关键信息：为了将安加拉A5火箭的运载能力提高到35吨，升级型号将使用更强大的低温氢氧推进段替换现有的标准URM-2推进段，同时在起飞后的前40秒内让URM-1推进段的5台RD-191发动机以110%的推力工作。2015年4月俄罗斯航天局确认安加拉A5V火箭将拥有38吨的近地轨道运力，考虑设计方案潜在的挑战和困难，运力可能降低到35吨。俄罗斯还考虑为安加拉A5V火箭使用推进剂交叉输送技术，使用推力提高10%的RD-195发动机替换RD-191发动机，以避免超负荷工作的潜在风险，同时还计划为RD-195发动机换装延伸喷管，这些改进措施可以进一步提高安加拉A5V火箭的运载能力。

安加拉A5V火箭最重要的升级措施是引进了全新的氢氧第二级URM-2V。URM-2V基于已被取消的Rus-M火箭的氢氧第二级UKVB研制，仍由进步设计局负责，总质量约48吨。根据2015年3月的消息，URM-2V发动机将使用单发RD-0150氢氧发动机，RD-0150发动机由俄罗斯化工自动化设计局（KBKhA）研制，真空比冲高达462秒。随后俄罗斯媒体透露了URM-2V的第二种设计方案，新的替代方案将使用四台RD-0146D发动机的并联方案，而2015年4月媒体又报道了更被看好的RD-0150双发并联方案，发动机推力约45吨。

俄罗斯在URM-2V方案和RD-0150氢氧发动机上的折腾其实是一种必然。苏联虽然研制过氢氧芯级的能源号火箭，但从未将氢氧上面级投入使用，苏联解体以来俄罗斯更是无暇顾及氢氧发动机，现在利用机会锻炼研制队伍重建研发体系，要比简单地选择一种氢氧发动机更重要。小道消息称为了满足安加拉A5V火箭的需求，URM-2V的干重最多只能达到6吨，但一些保守的分析认为现有设计下URM-2V干重最多可能达到12吨，URM-2V的超重看来不可避免，但真要超重两倍，安加拉A5V火箭的运力指标就成为一个笑话了。从目前的消息看，URM-2V储箱将改用共底结构降低干重，满足苛刻的干重要求。

安加拉A5V火箭设计的首要目标是支持载人登月任务，为此它也分为货运和载人两种版本，其中货运版本的第三级将使用KVTK液氧液氢推进段，而载人版本将使用性能略差但可靠性得到验证的Block-DM液氧煤油推进段。安加拉A5V火箭不仅近地轨道运力要达到35吨，同步转移轨道运力也将达到12到12.5吨，这使它不仅可以满足俄罗斯发射大型军用卫星的需求，还可以和阿里安5等火箭竞争高端商业通信卫星发射业务，从而分摊火箭研制和使用成本。

登月方案

根据较早的计划，安加拉A5V火箭将在2023年发射模拟载荷，2024年发射不载人的PTK-NP飞船，随后在2025年使用Block DM上面级和PTK-NP飞船进行一次环月飞行，2029年实现登陆月球。现在看来这个时间表恐怕无法得到保证，首次环月飞行可能推迟到2028年，2015年8月塔斯社报道由于相关的预算大幅度削减，俄罗斯首次登月时间至少要推迟到2033到2034年。

PTK飞船发射示意图

UKVB-URM2V上面级

三级半构型的安加拉A5V火箭运力有限，只能将PTK-NP飞船送入直接奔月轨道，执行类似嫦娥五号T1那样的绕月自由返回轨道，要把PTKNP飞船或是环月空间站送入环月轨道，还必须增加一个第四级的太空拖船，太空拖船现在倾向于基于Block DM上面级研制。可以说虽然安加拉A5V火箭研制成本低，但运力对比超重型运载火箭大幅度降低，俄罗斯的载人登月计划反而变得相当复杂。

安加拉-5V火箭燃料储箱

根据2015年莫斯科航展上的载人登月模拟视频，一次载人环月任务必须发射两枚安加拉A5V火箭，其中一枚发射Block DM上面级和载人飞船，另一枚火箭发射KVTK上面级，两者对接后由KVTK上面级将载人飞船送入奔月轨道，再由Block DM执行月球轨道插入任务。如果要执行载人登月任务，则需要4枚安加拉A5V火箭，其中一枚火箭发射Block DM上面级和登月舱，另一枚火箭发射KVTK上面级，两者对接后由KVKT上面级将登月舱送入奔月轨道，Block DM上面级执行月球轨道插入。登月舱和PTKNP飞船将在环月轨道上对接，登月舱减速软着陆进行载人登月。对中国人来说，俄罗斯的载人登月方案看起来十分熟悉，美国航宇局前任局长格里芬曾预言中国可能在2020年前载人登月，他提出的中国载人登月方案和俄罗斯现在的方案如出一辙，当然格里芬方案里中国用长征五号火箭，而现在俄国使用安加拉A5V火箭而已。

由于运力大幅度下降，基于安加拉A5V的载人登月任务复杂度提高。俄罗斯国内曾有人批评，认为建成月面基地需要发射40枚安加拉A5V火箭，而哪怕是近地轨道运载能力只有75吨的超重型运载火箭，却仅仅只需要8枚，安加拉A5V火箭的省钱不过是朝三暮四的游戏，反而让俄罗斯航天工业失去了研制超重型运载火箭的机会和资金。虽然存在这些批评，但超重型运载火箭研制所需的7000亿卢布，远远超过了俄罗斯航天系统所能得到的预算，目前俄罗斯载人登月只能在现实预算基础上精打细算，在航天预算削减的寒冬面前，安加拉A5V火箭是最可行的选择。

环月空间站