五、最后一搏:MEK(火星探险复合体)方案
转眼已是60年代末。1966年,科罗廖夫故去,第一试验设计局也改名为中央机械制造试验设计局,总设计师是科罗廖夫生前的副手瓦西里·米申。这时,美国人已经抢先登上了月球,苏联必须为庞大的航天工业寻找一个周期长、影响大的新目标。于是,大型空间站、永久月球基地和登陆火星等雄心勃勃的项目出现在绘图板上。和以前的设想一样,登火飞船依然用反应堆供能的电火箭推进,巨大的飞船各舱段分别发射、在轨组装,不过运载火箭改用N-1M了。1969年5月28日,米申批准研制N-1火箭的改进型号N-1M。费奥季斯托夫受命充分利用N-1M火箭大大提高的运载能力,设计新的OKB-1的火星探测计划。新方案称作MEK(火星探险复合体)方案,乘员3∼6人,任务时间630天,其中火星轨道30天,火星表面5∼7天,主动力依然是15兆瓦核-电发动机。
MEK飞船全长175米,包含6部分,从头至尾分别是:
1、火星登陆舱(MPK) 直径11米,高8.5米,大约20吨重。它的头部有一块大型减速板,进入火星大气层后,它起减速作用。在落地前,着陆液体火箭缓冲发动机点火,进一步降低着陆速度。大型减速板后面是圆柱形的居住舱、气闸/过渡舱、上升级及其球状驾驶舱。
2、火星轨道飞行器(MOK) 包括乘员组座舱和基本的系统。与早期的TMK方案不同的是,它直径4.1米(TMK直径6米),长23米,大约40 吨重。
飞船从头至尾包括:
仪器工作段,包括返回舱(VA)和火星登陆舱(MPK)的对接口
工作段
实验室段
生物技术段
居住段
乘员组起居室
动力组,包括定位发动机
3、返回舱(VA) 乘员组从火星返回后乘坐它回到地球。它是“联盟”飞船返回舱的放大型,重10 吨,直径4.35米、高3.15米,有一个直径6米透镜形的防热大底。设计人员精心设计了返回舱的外形,使返回时的过载只有0.45G。
4、大型盘状辐射防护罩 保护乘员组区域免受核反应堆辐射的伤害。
5、两根细长的散热器(另一方案是类似长筒望远镜结构的套筒状圆柱体),发射后逐渐伸长将反应堆推至飞船尾部,远离其他舱段。
6、发动机舱 包括推进剂贮箱(可装25吨推进剂)、液锂反应堆冷却系统,2座YaE-2型核反应堆(总输出功率15,000千瓦),离子火箭发动机推力6.2千克力,比冲8000秒。
MEK飞船组件由N-1M火箭进行2次发射,一次发射火星登陆舱和火星轨道飞行器,另二次发射动力部分,在轨自动组装,总重150吨。MEK飞船会慢慢地加速直到达到地球逃迤速度。乘员组有足够时间充分地检查系统,遇到危险不得不弃船时,可以乘坐返回舱逃生。
MEK任务总结:
发射年份:1980年
乘员:3人
去程:300天
火星逗留时间:30天
归程:300天
总耗时:630天
总重量:150吨
推进剂:24吨
推进剂系数:0.16
主发动机推力:61牛
工作介质:氙
比冲:8,000秒
电力系统平均功率:15,000千瓦
发射次数:2次
运载火箭:N-1M
多让人神往的火星探险计划啊。可惜,科学与探险要让位于政治和军备竞赛,苏联航天导弹工业当时的重点是尽快增加洲际导弹的数量,同时推进联盟号飞船、礼炮号和钻石号空间站等更现实的计划。登陆火星?请再等等吧。
1969年7月3日,在科罗廖夫以前的办公室里,一群苏联航天界的大人物坐在一起讨论登陆火星计划。讨论焦点逐渐集中到问题不断的N-1火箭上。在凯尔迪什的要求下,米申整理出一份设计局关于登火计划的报告。据代表米申出席会议的鲍里斯·切尔托克回忆,与会者对该计划没什么热情。尽管米申保证登火计划不会影响正在进行的N-1火箭研制工作,但官员们还是被登月计划的麻烦深深困扰,看不到希望。果然,N-1火箭四次发射全部失败,没有运载能力足够强劲的巨型火箭,大型空间站、永久月球基地和登陆火星都化成了泡影。
MEK飞船像一支巨大的注射器
小资料:N-1M火箭
N-1M火箭是苏联第一种使用液氧液氢燃料的运载火箭,1966年开始研制,它可以发射LEK登月飞船(2人登陆月球)、月面长期基地(DLB)、重型地球同步轨道航天器和行星际探测器。最初设计每级均使用液氧液氢低温发动机,但是由于库兹涅佐夫设计局的200吨级液氧液氢发动机无法赶上进度,所以第一级沿用N-1火箭第一级,第二级(V-Ⅲ级)、第三级(S级)采用RD-57液氧液氢发动机、第四级(R级)采用RD-56液氧液氢发动机。 1967年6月15日,进行了苏联首次低温发动机试车。1971年中止研制,但是部分重要技术的研究没有停止,如第四级(R级)的研制一直在继续,研究成果后用于能源火箭的低温发动机。
N-1M有很多型号,发射重量4950∼5350吨,全长135∼165米,起飞推力从5250∼7500吨,低轨道运载能力从150∼230吨。
可以从N1(左)和N-1M火箭(右)模型上对比出很多不同
六、后话
时间走到80年代。
1986年,能源火箭与航天公司(第一试验设计局的新名字)开始修改60年代的火星探测计划。应用苏联在长期载人空间计划中获得的经验,修改系统设计,双反应堆动力系统提供了更高的可靠性。
1987年,苏联新一代巨型运载火箭“能源”首次试飞,将一个至今依然保密的军用载荷“极地”号(大部分人相信这是一座战斗空间站)射入太空,虽然由于“极地”号上的发动机故障导致它未能入轨,但“能源”火箭本身的表现是完美的。它可以将100吨以上的物体送入低地球轨道,是进行载人星际飞行的绝好运载工具。
到1989年,能源公司的火星探测计划进一步修订为三级跳方案,循序渐进地积累经验,建造设施。
第一步,在和平号空间站上组装并发射小型无人火星探测器,它携带1.3吨科学探测仪器。
第二步,发射携带着陆器的无人火星探测器,着陆器上携带数个漫游机器人。
最后一步,发射350吨重的载人火星飞船,它将用2年时间完成火星探险。这一次,核反应堆被更先进、更安全的薄膜太阳能电池取代了。
不过,这一切只是梦想。地球人何时能与火星人见面,还在未定之天。
-完-
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