俄羅斯安加拉-A5火箭東方發射場首飛情況分析_風聞

來源：中國航天

吳小寧1於榮剛1  李虹2  趙爽1

（1.北京強度環境研究所；2.北京宇航系統工程研究所）

一、發射場景

2024年4月11日莫斯科時間12:00時，俄羅斯安加拉-A5大型火箭從東方發射場A1號發射台發射升空，成功將載有有效載荷模型的獵户座上面級送入軌道。此次飛行試驗旨在驗證火箭的技術指標及其與新建地面發射系統的匹配性，以及測試獵户座新型上面級的性能。

此次安加拉火箭東方發射場首飛並非一帆風順，一直伴隨着緊張刺激的氛圍。發射原定於4月9日進行，因技術故障經歷了二次推遲。4月9日，第一次發射嘗試在射前2分鐘自動停止，俄國家航天集團公佈原因是健康監測和故障診斷系統檢測到芯級氧箱增壓閥發生故障，國家委員會在發射現場發出推遲24小時發射的指令；4月10日，第二次發射嘗試也在射前幾分鐘自動中止，官方給出的原因是發動機啓動控制系統軟件發生故障，國家委員會再次作出推遲24小時發射的決策。

此次發射為安加拉-A5火箭的第四次發射試驗，也是安加拉火箭在東方發射場的首次發射，是包括安加拉系列大型火箭及發射系統和上面級在內的阿穆爾火箭系統在東方發射場實施飛行設計試驗的開端。在此之前，安加拉-A5火箭已經從俄羅斯北部的普列謝茨克軍用靶場完成三次發射，發射日期分別為2014 年 12 月 23 日、2020年12月14日和 2021 年 12 月 27 日。前兩次發射成功，第三次因珀爾修斯上面級出現故障導致載荷模型未能進入既定軌道。

圖1 俄航天國家集團公佈的安加拉-A5飛行時序

圖2 安加拉-A5東方發射場首飛

二、安加拉火箭-A5火箭

安加拉火箭項目是俄羅斯在20世紀末和21世紀初期發展的一個國家級重要航天任務，是保障俄羅斯自主穩定進入太空的新一代運載火箭，定位為從俄羅斯本土發射重要有效載荷、開展探火探月等深空探測戰略性任務，用來替換隆聲號、質子號等火箭。在原發展規劃中，安加拉火箭系列覆蓋小型、中型、大型、大型改型等不同運載能力，後來隨着俄航天國家集團的計劃調整，中型安加拉-3被聯盟號-5取代，但2022年又有消息説赫魯尼切夫中心又恢復了研製。目前俄航天經常性提到的有小型安加拉-1.2、大型安加拉-A5和改進型安加拉-A5V。其中，小型安加拉-1.2、大型安加拉-A5處於飛行試驗階段，安加拉-A5V則處於設計開發階段。安加拉火箭系統的國家客户是俄羅斯國家航天集團和俄羅斯國防部，牽頭研製單位是赫魯尼切夫國家航天科研生產中心，總裝廠為隸屬於赫魯尼切夫中心的鄂木斯克飛行廠，由俄羅斯各工業企業和建築單位合作參與打造。

圖3 安加拉號火箭型譜

圖4 常見安加拉號三型火箭

安加拉火箭具有三大特點。第一大特點是採用模塊化結構，助推器、芯一級和芯二級/以上級分別採用液氧/煤油通用火箭模塊URM-1和URM-2，助推器所採用的通用模塊數量決定了火箭的運載能力。像樂高積木一樣，通過組合不同數量的通用模塊，搭建出小型、大型乃至更大型火箭。通用火箭模塊是一個由氧箱、燃箱、連接管和發動機艙段構成的完整結構，兩貯箱由隔板相連接。第二大特點是使用液氧煤油低温環保推進劑，URM-1裝有RD-191液氧煤油發動機，URM-2裝有RD-0124A液氧煤油發動機。第三大特點是純俄產火箭，全部組部件都由俄羅斯本國企業研製製造，從俄羅斯本土發射場實施發射。安加拉火箭的配套發射系統建在阿爾漢格爾斯克州的普列謝茨克發射場和遠東阿穆爾州的東方發射場。

安加拉-A5火箭為兩級半大型火箭，由助推器、芯一級、芯二級、上面級和整流罩構成。助推器和芯一級一共採用5個通用火箭模塊URM-1，芯二級採用1個通用火箭模塊URM-2。安加拉大型火箭的配套上面級包括微風-M、珀爾修斯和獵户座液氧煤油上面級，以及在研的氫氧上面級KVTK。微風-M已在前兩次發射中得到使用，珀爾修斯用在了第三次發射當中，本次發射使用的獵户座則是珀爾修斯的近似版。

圖5 安加拉-A5火箭分解示意圖

安加拉-A5的定位是替換即將於2025年退役的質子號-M，後者是蘇聯時期研製的火箭，首次發射於1965年。

表1 安加拉-A5火箭的技術指標

三、東方發射場

俄羅斯當前用來發射火箭的發射場主要是普列謝茨克和拜科努爾。普列謝茨克發射場建於20世紀年代的美蘇航天爭霸期間，主要用於完成軍事發射任務，且遠離赤道、配套設施老舊，疲於應付今天的宇航發射任務。而拜科努爾發射場則位於哈薩克斯坦境內，安加拉的前任質子號大型火箭只能在此處進行發射，4個發射場地只有3個能夠完全使用，在當前的地緣政治環境下，依靠第三國來保持空間進入能力是非常危險的行為。

為了實現自主進入太空的目標，俄羅斯迫切需要在本土建立一個天然發射條件優良的現代化通用發射場，東方發射場由此應運而生。東方發射場是俄羅斯 21 世紀規模最大的航天工程之一，火箭可由此完成包括科學、社會經濟及商業在內的各類有效載荷的發射。按計劃，東方發射場的建設分為兩個階段。一期針對聯盟號-2型火箭的建設已經竣工，二期主要針對安加拉號火箭的阿穆爾火箭系統，建設處於收尾當中。從 2016 年4月28日至2024年2月29 日，在東方發射場進行了聯盟號-2和聯盟號-2.1兩型火箭的16次發射，總共發射了 364 顆航天器。

圖6 聯盟-2型火箭在東方發射場起飛

圖7 東方發射場建設進度規劃

目前東方發射場在用的發射場地是聯盟-2型火箭的發射場地。聯盟-2 號火箭發射系統於 2016 年投入使用。配備的機動維護塔是俄羅斯其他航天發射場，如拜科努爾和普列謝茨克所沒有的獨特結構。該結構重1600t，高52m，可以在最惡劣的氣候條件下進行全部發射準備工作，還能確保工人安全。該發射系統有 83個設施，佔地面積4.5萬平方米，均為靠近發射台的地面設施。

根據《俄聯邦2017-2025年航天發射場發展目標大綱》中關於在東方發射場建造阿穆爾大型火箭系統的要求，從2018年開始，東方發射場着手建造用於發射安加拉火箭的第二個發射台。安加拉火箭的發射系統為複雜的金屬結構，擁有1500多種不同類型的設備，供電電纜長達100萬米，設計為每年10 次，包括載貨發射和載人發射。此次發射之前，在2023年底，技術系統和發射系統利用安加拉的全尺寸電氣加註模型進行了測試。

東方發射場的一大特色是使用固定式推進劑加註系統和工藝設備自動化控制系統。為了確保射前準備和發射，建造了10 多個不同的建築，包括機動維護塔、指揮中心、儲存和分配火箭推進劑的技術單元、取水設施系統、運輸線和通信系統等。另外還配備了需要定期開展維護的52個工藝設備系統。

圖8 東方發射場建設

通用技術系統用於開展推進劑加註等射前準備工作。在俄羅斯航天史上，東方發射場技術系統的開發人員首次將艙段倉庫、運載火箭和航天器的安裝測試廠房、跨界走廊及加註和中和站合併為一個綜合體。這種技術方案降低了產品運輸過程中的風險，大大節省了大量工作時間。通用技術系統建築總面積近 4.5萬平方米。高度為37m，工位實現了最大程度的自動化，安裝了 138 套現代化工藝設備系統。運載火箭安裝測試廠房同時擁有兩個工位，而航天器安裝測試廠房則可以進行目前在役的俄所有航天器、上面級和入軌單元的組裝和測試。跨界走廊是技術系統的主要運輸動脈。運載火箭、航天器、上面級、設備和工裝等單元在技術系統的各個建築之間移動。該走廊與運載火箭、航天器、上面級和火箭整流罩的安裝測試廠房相連，也與冷卻站、火箭部段倉庫和動力單元相連。

圖9 測試廠房裏的聯盟號-2型火箭

部段倉庫用於接收、儲存和分發從製造工廠運來的運載火箭各級和頭部整流罩殼段。現代化的運輸和物流系統可顯著節省時間，降低火箭的接收和維護成本。

用於火箭射前準備和上面級加註的技術系統佔地總面積達17萬平方米。每班約有150 人在此工作。航天器和上面級在加註和中和站加註燃料。

作為發射平台的東方航天發射場還是一個巨大的控制通信中心，擁有最先進的航天器飛行控制設備，可以控制俄羅斯軌道編隊的全部航天器、國際空間站俄羅斯艙段和載人載貨飛船。

圖10東方發射場2030年前佈局示意圖（尚未包括阿穆爾重複使用火箭系統）

四、獵户座上面級

根據《俄聯邦2016-2025年航天發展大綱》，本次發射採用的獵户座上面級是在獵户座項目下研發的，與安加拉-A5火箭在2012年12月第三次發射中採用的珀爾修斯上面級相同，均承襲於能源火箭集團研製的D系列上面級技術。獵户座上面級為珀爾修斯上面級的近似版，二者基本技術性能相同，配備的推進系統和儀器設備有所差異。D上面級系列來源於蘇聯時期的探月火箭N1，採用液氧煤油發動機，目前常見的為DM基本型和DM-SL改進型兩種，分別與質子號火箭和海射天頂號火箭搭配使用。珀爾修斯上面級代號14S48，是Persey-KV項目下的DM型上面級改進版，配套發射系統建在普列謝茨克發射場。2019~2020年，基於上面級14C48研發了代號14C49的上面級DM-UZ，配備不同的推進系統和儀器，保留珀爾修斯的技術性能。

圖11珀爾修斯上面級

表2 珀爾修斯上面級技術指標

圖12 14S49上面級

表3 14S49上面級技術指標

獵户座上面級於2023年12月底運抵東方發射場，開始緊鑼密鼓的射前準備工作。2024年2月份進行了電氣試驗、氣動試驗和各系統綜合試驗，稍後開展了推進劑加註和注氣操作等。

表4 獵户座上面級部分技術指標

毫不誇張的講，安加拉-A5火箭在東方發射場首飛是俄羅斯航天發展史上的一次歷史性發射，是蘇聯解體以來俄羅斯航天工業獨立發展的一個里程碑事件，為俄羅斯航天的發展掀開新的一頁。此次發射不僅是對俄羅斯首個新一代火箭型號、新建發射場等航天成果進行綜合測試，更是對現今俄羅斯太空探索能力的一次大檢驗，意義深遠，影響巨大。

此次發射成功，是對俄羅斯航天自主發展能力的一個有力證明，證明縱使環境如何堪憂，俄羅斯在航天領域仍然具有強大的實力，仍然站在航天大國第一梯隊，必將大大提升俄整個航天隊伍乃至整個軍工行業的士氣，鼓舞后續發展。

1）安加拉火箭的重要性和先進性

安加拉火箭的誕生，為俄航天技術的研究和發展打開了廣闊的發展空間。安加拉火箭一旦投入運營使用，將會大大提升俄羅斯的自主進入空間能力和整個火箭家族的運載能力，加快俄新一代火箭的佈局。按照俄航天發展規劃，俄羅斯的很多重要發射任務都會落在安加拉-A5型大型火箭的肩上。

安加拉火箭的最初論證發生在1992年，正式立項則是在1995年，之後就是漫長的經費緊缺煎熬期，到2000年中期才開始獲得撥款恢復正常研製。但是直至今天，它的模塊化設計理念，液氧煤油低温發動機技術，以及在不損失強度前提下減小焊接邊緣厚度的獨有摩擦焊工藝等，仍然具有先進性和獨創性，便於實現包括提高推力、實施載人發射和增加重複使用功能的進一步改型。所有這些，對我國大型火箭的研製和火箭型譜建設都有一定的參考意義。

對這個命運曲折，跨越後蘇聯時代的俄羅斯目前唯一一個研製完成的新一代火箭來説，今後面臨的主要任務是在2025年按計劃完成飛行試驗，平穩實現發射應用，實現從俄本土發射飛船、空間站、深空探測器等各類航天器的既定目標，根據當前俄國家需求和世界航天發展趨勢進行改進和完善，如增添載人技術和重複使用技術等。此次發射成功，使得俄航天與上述目標更近一步。

2）東方發射場的獨創性和戰略性地位

東方發射場是蘇、俄歷史上首個配套設施最為完備的21世紀現代化通用發射場，在俄航天發展戰略中被寄予厚望，定位為俄羅斯通向任何航天項目和任務的通道。發射場一期工程的建設從2013年開始，二期工程從2018年啓動，即將進入收尾階段。東方發射場的建設，運用了俄羅斯當前最為頂尖的建築設計技術，實現了中型火箭、大型火箭乃至重型火箭的多發射場佈局，以及火箭、上面級和航天器安裝測試廠房的無障礙連接貫通，極大提升了綜合保障能力。這對我國未來發射場的建設有一定的借鑑意義。

東方發射場一旦完全投入使用，俄羅斯將在自己的領土上擁有一個四通八達的通用航天發射場，按計劃俄之後的主要航天發射都將轉移到這裏進行，如2028~2029年阿穆爾-液化天然氣重複使用火箭系統的發射等。後續，東方發射場的先進指揮控制中心將與位於莫斯科科羅廖夫的飛行控制中心遙相呼應，共同實現對航天器軌道編隊、國際空間站俄羅斯艙段及之後的俄ROS空間站和各類飛船的控制。

此次發射成功，證明東方發射場的大型火箭發射平台已經通過初步考試，但後期仍然任重道遠，之後還要面臨載人飛船的水上回收等技術問題，以及計劃於2026年啓動的為阿穆爾-液化天然氣重複使用火箭打造發射系統的三期工程建設等等。而在後續建設中如何確保進度、一改二期工程中出現的管理不善和勞力物力不足及財政赤字等問題，也是俄航天亟需解決的問題。

3）後續載荷問題

縱觀安加拉-A5火箭的四次發射，可以發現發射的有效載荷均為模型，可見安加拉A5火箭當前仍然處於飛行測試階段。另外，即使安加拉-A5火箭順利結束飛行試驗階段進入發射運營，在目前的世界政治局勢下，也多半是隻能服務俄羅斯本國，能夠發射的可能大多是俄政府的有效載荷，而屆時俄政府是否有足夠的需求定期填充安加拉-A5火箭的大載荷容量，也是一個讓人心存疑慮的問題，需要政府層面和企業層面實施有效的項目管理措施和保證儘量充足的經費投入。目前能夠期待的有效載荷包括光束系統中繼衞星、俄ROS空間站的基礎模塊和科學動力模塊、雄鷹號飛船、月球-27、月球-28探測器、宙斯號核動力拖車等，但這些項目能否按計劃按進度進行還有待觀望。如俄官方稱將於2028年用安加拉-A5火箭發射俄羅斯已經研製15年的新一代載人飛船雄鷹號，但目前還沒有證據表明該飛船能夠在四年內進入試飛階段。