航天吧 关注:152,300贴子:2,265,190

苏联与月球的浪漫史(长期连载)

取消只看楼主收藏回复


载人登月设计图镇楼~
本贴主要想是从苏联视角来描述上世纪的月球竞赛,同时展现出一条苏联特色的技术迭代路径。长期连载,打算讲到月球24号为止。楼主查阅资料有限,难免有错误,还请各位吧内大佬指正


IP属地:陕西1楼2021-04-10 17:13回复
    今天是工作日,所以更少点
    1959年12月10日,就在月球3号完成所有任务后不久。苏联航天高层召开了一次高级别的会议,所有主设计师均到场,来商讨下一步航天的发展计划。

    弗拉基米尔·切洛梅(Vladimir Chelomey)
    设计师各自提出他们最新设计。科罗廖夫首次提出了N系列(演变为后来的N1)以及更保守的R-7。弗拉基米尔·切洛梅作为科罗廖夫的竞争对手,提出了"通用火箭"系列。他计划使用一个通用的下面级搭配不同的模块来满足多种载荷需要。米哈伊尔·扬格利提出用R-26来代替R-16。最后,会议主持者决定将切洛梅的UR-100作为新的轻型洲际导弹,将扬格利的R-36作为重型洲际导弹方案,而他们认为没有使用科罗廖夫的超大型运载工具的必要,但给了他许多研发资金,以支持他将R-7改进为闪电号运载火箭(8K78)。

    运输中的8K78
    8K78,以及它的变形8K78M,常被称作“闪电号”,由R-7魔改而来,是苏联的明星火箭。中期的深空探测任务,以及探月竞赛后的民用航天任务中常常出现它的身影。
    但遗憾的是,若在此时,科罗廖夫的N系列设想能够得到通过,那么苏联在月球竞赛后期的局面将大大改观。优先发展军事、发展导弹的策略还会带来更多影响。


    IP属地:陕西57楼2021-04-12 20:45
    收起回复
      1960年3月24日,在拜科努尔举行的一次会议上,设计师们讨论并接受了科罗廖夫关于N1火箭研发的建议。但是,问题出在,,,没钱如此庞大的项目必须要经过中央批准。
      N1火箭的事情先搁在一边。随着月球3号的成功,苏联已经在探月上有了一些技术储备。反观艾美莉卡,除了1959年的先驱者4号探测器可以算作成功外,先驱者(5a)、先驱者(5b)以及之前所有的先驱者任务都没能很好地完成。
      先驱者(5a)、先驱者(5b)的外形
      就在这种“积贫积弱”的情况下,艾美莉卡开始发力了:
      1959年12月30日,美国宇航局公布了一项长期太空探索计划,设想在1965-1967年期间人类首次登月,并在1970年代继续登月。
      1960年3月24日,美国宇航局公布了这个太空探索计划的名称:阿波罗,以及它的目标:载人登月
      随着大洋彼岸传来阵阵励志的喧哗,苏联人并没有放在心上。在航天高层看来:岁月静好,艾美莉卡还太嫩。


      IP属地:陕西58楼2021-04-12 20:56
      回复
        就算是对NASA宣布载人登月计划的回应,科罗廖夫和他的团队准备再给美国人一个惊喜:新的拍摄任务。
        虽然月球3号的成就令人印象深刻,但科罗廖夫和他的工程师知道,他们可以在1960年4月的下一个发射窗口做得更好。到了1960年2月,人们担心Ye-2F和它的叶赛尼3号相机不能及时准备好。因此,团队构建了一对经过修改的Ye-2A探测器,与月球3号基本相同。新的Ye-2A将拥有一个比月球3号更强大的通讯系统,在接近月球的过程中在更近的距离拍摄他们的图像。它们的运动轨迹将允许拍摄到远处剩余的30%。
        也就是说,苏联人将会以更高的清晰度补全月背图像。
        第一个改进的Ye-2A探测器(现在被指定为Ye-3 1号,西方称之为月球(4a))于莫斯科时间1960年4月15日18:06:44(世界时15:06:44)搭载在8K72-I1-7火箭上发射。虽然一开始看起来是成功的,但追踪很快显示,由于油箱加油不足,Blok-E逃生阶段的发动机过早关闭。因此,Ye-3 No.1达到约20万公里的峰值高度,然后坠落回地球,并在大约4天后再入大气。就像前苏联所有的月球发射失败一样,这次失败对外界保密。
        恭喜苏联,回到了与先驱者一样的起跑线
        在仅剩一个Ye-2A探测器的情况下,科罗廖夫决定立即在8K72-I1-7b运载火箭上发射Ye-3 No.2。莫斯科时间4月19日19时07分43秒(世界时16时07分43秒),搭载Ye-3 2号的火箭主引擎点火成功,但随即遇到麻烦。四个捆绑式助推器中的一个上的RD-107发动机未能正常点火。在8K72向上挣扎了150到200米后,火箭开始翻滚,四个助推器都从核心中挣脱出来。
        三个助推器在发射台附近坠毁爆炸。还有一个从1.5公里外惊恐的观众头顶上方仅30至40米处驶过,接着在MIK装配大楼附近爆炸,打碎了窗户。带着Blok-E和有效载荷的主体在距离一个小盐湖800米处坠毁。事故对拜科努尔1区的发射台和其他设施造成很大损坏。西方将这个探测器命名为“月球(4b)”。
        之后几十年的探月历程将证明:火箭摧毁发射台的情况,并不罕见。


        IP属地:陕西60楼2021-04-12 21:03
        回复
          科罗廖夫一阵胃痛。但团队里的人都想,之前月球1号成功之前也有3次失败。对于月球3号成功之后遭遇的两次失败,大多数人也就宽心了。
          毕竟,人生哪有一帆风顺。不都是起起落落嘛
          月球(4b)的失败标志着苏联月球探测第一部分的结束。虽然另一个任务理论上可以在1960年10月发射,科罗廖夫已经计划在那个月发射他的第一个新的行星际探测器:火星1A号。随着1960年东方号载人飞船项目接近首次试飞,OKB-1有限的资源进一步收紧。仓促构思的Ye-5计划取消,苏联的月球计划人员转向了1961年计划发射的Ye-6月球着陆器和Ye-7轨道器任务。

          Ye-6:下面,应该是我的主场?


          IP属地:陕西61楼2021-04-12 21:08
          回复
            Ye-6的运载火箭是四级8K78M(又称“闪电号M”)火箭,该火箭是为发射苏联的第一颗行星探测器火星1A号和莫里亚卫星而研制的。这枚火箭的前三级最终将成为今天仍在使用的联盟号运载火箭的基础。在1964年1月29日美国土星1号火箭首次轨道试飞之前,8K78是世界上最强大的火箭。

            再次上图,加深印象
            对于Ye-6的飞行任务,苏联采用了一种特殊版本的8K78M火箭——8K78L。与1964年推出的8K78和8K78M不同,8K78L使用了Ye-6自身的I-100系统来控制上两级,而前者有单独的Blok I和L级控制系统。取消了上一级控制系统,也就降低了总质量、提高了运载火箭的月球有效载荷性能。
            I-100系统:我堪当大任
            1962年,美国宇航局的徘徊者登月计划全部失败,而美国宇航局的勘测者着陆器的首次发射仍需数年时间。因此,1963年,苏联仍有机会成为第一个在月球表面真正着陆的国家。


            IP属地:陕西63楼2021-04-12 21:17
            回复
              1963年1月4日莫斯科时间12时49分(世界时9时49分),苏联的第一艘Ye-6飞船(序列号2)在拜科努尔航天发射场用8K78L-T103-09运载火箭发射升空。运载火箭的前三级按计划工作,将Blok L逃逸级和Ye-6送入178×194公里的倾斜64.7°的停放轨道。不幸的是,I-100控制系统中的一个电源故障阻止了逃逸级点火。在一周后,一颗被非正式地称为“Sputnik 25”的探测器再入大气,结束了使命。它在西方被称为“月球(4c)”。
              I-100,一杀
              现在,包括之前的月球(4a)和月球(4b),苏联的探月任务已经连续失败3次。
              下一次是搭载Ye-6 No.3的发射尝试,但结果更糟。编号为G103-10的8K78L火箭于莫斯科时间1963年2月3日13时29分(世界时10时29分)发射升空,升空过程中接收到来自I-100控制系统的错误俯仰指令。在分离了Blok A核心级后,Blok I第三级未能点火,火箭在再入过程中解体,残骸在中途岛附近的太平洋坠毁。这次发射的探测器在西方被称为“月球(4d)”。
              I-100,二杀
              苏联的探月任务已经连续失败4次。


              IP属地:陕西64楼2021-04-12 21:19
              回复
                好在,随后I-100控制系统的问题得到了诊断,并在两个月后进行了第三次发射尝试。
                1963年4月2日,莫斯科时间12时04分(世界时9时04分),8K78L-G103-11号运载火箭搭载Ye-6 No.4升空。登月有效载荷及其Blok L逃逸级被成功送入167×182公里的停泊轨道。在命令下,Blok L级成功点火,将现在被称为“月球4号”的物体送上月球。
                不幸的是,到了第二天,I-100导航系统出现了明显故障,不可能执行将“月球4号”送上登月轨道所需的中段机动。4月5日,月球4号在发射后约77小时,经过离月球8336公里的最近点。这颗偏离轨道的探测器随后进入了一个环绕地球的89250×694000公里的延伸轨道。月球4号最后一次与地面通信是在4月6日,它成了一颗“人造行星”。
                月球4号只能与月球擦肩而过。而这有是I-100系统导致的。
                I-100,三杀
                苏联的探月任务已经连续失败5次。


                IP属地:陕西65楼2021-04-12 21:21
                回复
                  在4个月内发生3次Ye-6故障后,科罗廖夫的工程师们开始对Ye-6及其运载火箭(在13次尝试发射中,仅按预期运行了3次)进行严格的审查。他们在纠正质量控制问题和升级关键的Ye-6系统方面工作了近一年之后,终于又进行了一次发射尝试。
                  不过,1964年3月下旬的Ye-6发射窗口与一对载有飞往金星的着陆器的3MV-1航天器的窗口重叠。因此,这两个航天器需要调整发射时间表,以便用各自的8K78L火箭使所有三个航天器离地。1964年3月21日,莫斯科时间12时15分(世界时9时15分),Ye-6 No.6从拜科努尔航天发射场升空。不幸的是,Blok I第三级的液氧阀发生故障,使发动机无法达到最大推力,导致发动机过早关闭。火箭及其Ye-6有效载荷未能进入轨道,在下坠时被摧毁。这次发射的探测器在西方被称为“月球(5a)”。
                  所以,这次是火箭的问题,与I-100无关
                  苏联的探月任务已经连续失败6次。


                  IP属地:陕西66楼2021-04-12 21:23
                  回复
                    下个月,在探月上连续失败6次的实验设计一局又进行了一次Ye-6发射尝试。这一次,莫斯科时间1964年4月20日12时08分(世界时9时08分),编号为T15000-21的8K78L火箭搭载Ye-6 No.5升空。I-100控制系统中的另一个花样翻的故障导致Blok I第三级提前关闭,火箭及其有效载荷在再入过程中破裂。这次发射的探测器在西方被称为“月球(5b)”。
                    这两个连续的故障迫使Ye-6被重新评估。并且,随着航天器及其运载火箭的各种问题,下一次任务无限延期。
                    I-100,四杀
                    苏联的探月任务已经连续失败7次。


                    IP属地:陕西67楼2021-04-12 21:25
                    回复
                      又过了11个月,科罗廖夫和他在OKB-1的团队终于准备好在1965年3月12日发射另一个Ye-6月球着陆器。他们再次认为解决了I-100和其他Ye-6系统的问题。
                      果然,编号为R103-25的8K78L运载火箭成功地将Ye-6 No.9及其Blok L逃逸级送入了201×287公里的停泊轨道。然而,与I-100相关的电源故障阻止了逃逸级点火,并将月球着陆器搁浅在一个快速衰减的停泊轨道上。苏联当局将这艘太空船命名为“宇宙60号”。
                      西方没有接受这个名字,而是将其称之为“月球(5c)”。
                      I-100,五杀
                      苏联的探月任务已经连续失败8次。


                      IP属地:陕西68楼2021-04-12 21:26
                      收起回复
                        查资料查到这里,我都忍不住了:I-100有问题,您老人家还是推到重来算了,干嘛这样锲而不舍啊!
                        在最近的一次故障之后,整个制导和控制系统的电源进行了修改。在I-100出现如此多的问题之后,工程师终于为上一级安装了单独的制导系统,以节省将I-100运回工厂的额外时间。改装后的8K78L R103-26于1965年4月10日升空,搭载Ye-6 No.8。这一次,保持Blok I级液氧贮箱加压的系统发生故障,导致该级提前关闭,火箭和有效载荷在再入过程中被摧毁。这次发射的探测器在西方被称为“月球(5d)”。
                        果然,I-100没有故障。改得好
                        苏联的探月任务已经连续失败9次。


                        IP属地:陕西69楼2021-04-12 21:28
                        回复

                          图中显示了Ye-6登月飞行任务的主要节点。不过月球4号和5号都没能完成瞄准月球着陆所需的航向修正(图中为节点6)。
                          好在,苏联人具有钢铁般的意志,选择直面恐惧来消除恐惧。于是,他们在下个月又准备了一次发射尝试。
                          由于对Ye-6的I-100控制系统的问题(注:实际是没有正常工作过一次)感到失望,工程师们决定沿用上一次的操作,给运载火箭的上一级安装一个单独的控制系统,而让麻烦的I-100只专注于控制航天器本身。
                          就在莫斯科时间1965年5月9日11点50分(世界时8时50分),8K78M U103-30号运载着Ye-6 No.10从拜科努尔航天发射场升空。月球着陆器和它的逃逸级成功地进入了151×217公里的停泊轨道。在指挥下,Blok L逃逸级按计划工作,将1476公斤重的“月球5号”送入月球轨道。发射后的第一次通信表明,一切都进展顺利。苏联官方宣布,这个探测器的正式名称是月球5号。
                          好耶!!!


                          IP属地:陕西70楼2021-04-12 21:31
                          回复
                            早期的跟踪表明,月球5号之后会撞击月球,尽管不是在理想的位置。因此,月球5号被要求在飞行的第二天进行一次轻微的中途修正,以使其进入正确的航线。
                            但是,当月球5号试图从它的巡航姿态转向、并为中期轨道修正做准备时,飞船开始绕着它的长轴滚动。工程师们非常努力,终于重新控制了飞船,并开始尝试诊断这个问题。他们发现:I-100控制系统中的陀螺仪没有足够的时间预热和稳定,导致失去了姿态参考作用。地面控制员第二次试图执行航向修正,但无意中向月球5号发出了错误的指令,发动机被卡住,没有燃烧。万万没想到的是,由于需要额外的时间来诊断这些问题的原因,现在进行中途纠正已经太迟了。月球5号注定又是一次失败。
                            为了从月球5号上打捞到至少一些急需的工程数据,工程师决定在飞船接近月球表面时执行终端下降机动和反推火箭点燃。虽然月球5号接近月球表面的角度太过倾斜,无法成功着陆,但这是在飞行中第一次演练下降所需的所有系统的机会。
                            但当在高度约8300公里的高空开始下降、执行所需的机动时,I-100控制系统再一次未能执行命令,新升级的KTDU-5A发动机再一次没有点火。经过83小时20分钟的飞行,“月球5号”在距预定登陆地点云海(Mare Nubium)以南1.6°、以西25°约700公里的认知海(Mare Cognitum)撞向月球。
                            而让月球5号没能成功着陆、晃晃悠悠地撞向月球的罪魁祸首,就是I-100。这不得不证明,苏联的电气、控制理论和工艺有很大问题。
                            I-100,六杀
                            苏联的探月任务已经连续失败10次。


                            IP属地:陕西71楼2021-04-12 21:36
                            回复
                              艾美莉卡这边:
                              1960年:
                              Atlas-Able火箭未能按指定轨道运送先驱者(6a)(P-30)月球轨道器。
                              搭载先驱者(6b)(P-31)月球轨道器的Atlas-Able火箭爆炸。
                              安全委员会审查了登月计划的可能性,而艾森豪威尔总统仍然持怀疑态度。
                              1961年:
                              水星-红石发射装置发射了第一艘搭载黑猩猩Ham的水星飞船。
                              宇宙神-阿金纳将徘徊者1号飞船送入地球轨道,也只送入了地球轨道。
                              艾伦·谢泼德搭载水星7号完成亚轨道飞行。
                              约翰·肯尼迪在国会联席会议上发表讲话,宣称,艾美莉卡能在1970年前实现人类登月,这将要求大幅加速太空计划。
                              NASA开始得到大批拨款;NASA开始到处签合同,请大公司帮它研制阿波罗的各个分系统。
                              宇宙神-阿金纳火箭将徘徊者2号宇宙飞船送入地球轨道,也只送入了地球轨道。
                              1962年:
                              徘徊者3号探测器未能到达月球表面。
                              土星1号开始执行亚轨道测试。
                              约翰·格伦(John Glenn)搭载水星13号完成了美国第一次有人驾驶的轨道飞行。
                              肯尼迪总统指定阿波罗计划为国家最高优先事项。他访问了阿拉巴马州亨茨维尔的红石兵工厂、卡纳维拉尔角、休斯顿和圣路易斯的麦克唐纳·道格拉斯工厂。他还在莱斯大学发表了著名的演讲。
                              徘徊者4号探测器撞上月球表面,但未能传送照片。
                              NASA宣布决定在卡纳维拉尔角附近的佛罗里达州梅里特岛为“先进的土星”(后来的土星5号)火箭建造一个发射综合设施。
                              徘徊者5号探测器未能到达月球表面。
                              1963年:
                              土星1号继续执行亚轨道测试。
                              沃纳·冯·布劳恩和他的团队开始研制土星5号火箭。
                              NASA订购了13艘轨道等级的双子星座飞船。
                              1964年:
                              土星1号继续执行亚轨道测试。
                              徘徊者6号探测器升空,撞击宁静海洋中的月球表面,但由于短路无法传送照片。
                              徘徊者7号在撞击月球之前,将月球表面的高分辨率照片传回。
                              1965年(截至5月):
                              徘徊者8号升空并撞击月球,在撞击前传送了月球表面的高分辨率照片。
                              徘徊者9号探测器撞击月球,传递了撞击前月球表面的高分辨率照片。
                              土星5号火箭的5台F-1发动机在阿拉巴马州亨茨维尔首次试车。


                              IP属地:陕西73楼2021-04-12 21:56
                              回复