对于有着"嫦娥奔月"这样古老而又美好传说的中国人而言,探索月球始终是我们不懈努力的一大战略级目标。11月24日凌晨4时30分,长征五号运载火箭在海南文昌发射场升空,并将嫦娥五号月球探测器送入预定轨道,发射任务取得圆满成功,中国在探月之路上,再度迈出了意义重大的一步,此次成功发射也是探月工程的又一里程碑。
在无比欣喜的同时,不知是否有人注意到一件颇为有趣的事:自人类首次登上月球到今天,有能力开展探月工程的国家始终只有两个,只不过"全球唯二"的国家有所变化,从当年的俄美,变成了今日的中美。
半个多世纪前的1969年7月16日,美国成功发射"阿波罗11"号载人飞船,成功将宇航员送上月球,迈出了人类历史上的重要一步。作为冷战时期的两极之一,苏联人自然没有闲着。要知道,作为第三次工业革命的成果之一,空间技术曾一度是苏联的优势领域,毕竟其实现了人类历史上的首次太空旅行,英雄宇航员加加林的功绩永远无法为世人所遗忘。事实上,苏联同样在紧锣密鼓地实施着相关的探月与登月项目。
从俄罗斯官方解密的相关文件来看,苏联时期的探月与登月工程,早在上世纪60年代初就已开启,苏联科学家设计出了与美国产品近似的登月宇航服、月球车和无人遥控登月车,可谓是应有尽有、一应俱全。同时,苏联人还在近似月球条件的实验室内,完成了上述装备的测试工作。
不仅如此,从时间节点上看,从1966年到1969年,苏联的"联盟"号飞船和"宇宙"号卫星,在地球轨道完成了登月飞行器的测试。1968年,首次成功实现无人飞船绕月飞行,然后成功返回地球。1970年到1973年,苏联共有3部无人月球探测器成功登月,在采集土壤后返回地球,还两次将无人登月车送上月球。
不难发现,苏联的探月工程与登月计划一点不比美国滞后,且相关的配套工程比美国人更加丰富完善。然而直到冷战结束、苏联解体,这个国家都没能成功实现载人登月,冷战结束初期的俄罗斯,更是长期搁置了本国的探月工程,直到2016年后才开始慢慢恢复,至今没有什么拿得出手的成果,乃至被中国后来居上……
我们不禁要问,就差"临门一脚"的苏联,当年在哪个环节上出问题了?那就要说回不少人既熟悉却又一知半解的N-1运载火箭了。
N-1运载火箭创造了人类历史上的一个"第一":火箭第一级由30台发动机并联运作,型号为NK-33,这个数字至今未被超越。与其最接近的,是美国SpaceX公司的重型猎鹰火箭,采用了27台"梅林-1D"发动机。
在N-1火箭之前,苏联已成功研发并发射过16~20台发动机并联的火箭,足见其在多发动机并联火箭方面的扎实技术底子。只不过,一口气"玩"30台发动机,这个步子还是迈得有点太大了,超出了苏联的技术天花板……
N-1的三级火箭全部使用"煤油+液氧"的组合,这种燃料在大气层内性能出众,但在真空环境下的比冲却比"液氢+液氧"的组合差得多。在"小牛拉大车"的条件下,苏联人不得不采取"堆数量"的方式解决问题,因此才有了30台火箭发动机的恐怖数字。更麻烦的一点是,苏联在电子工业领域长期落后于美国,今天的俄罗斯同样如此,体现在N-1火箭上,就是程序的逻辑漏洞。
我们知道,火箭在飞行过程中,一旦某台发动机故障或失效,控制系统应立即调整其他发动机的工作状态,如关闭另外某台发动机,以维持火箭推力平衡,使其不至于偏航或坠落。然而,足足30台精密发动机的同时控制,让苏联本就薄弱的电子工业"雪上加霜"。
从N-1火箭四次失败的试射来看,每一次都与发动机的意外故障有着直接或间接的联系。不夸张地说,苏联在火箭设计领域的大胆与创新,体现出非凡的雄心与"闯劲",但在"看不见"的领域,既电子控制系统方面的薄弱,成了始终无法克服的"阿喀琉斯之踵"。
从某种角度来说,这与如今不少人迷信的"四发客机比双发客机更安全"的悖论有些相似。对于飞机来说,发动机数量的增加,其实并不与安全性的提升有直接关系。举个最简单的例子即可,采用两台飞行完好率为98%的发动机的双发客机,与采用四台飞行完好率为80%的四发客机,究竟谁更安全?这是显而易见的事情。
而且,发动机越少,各方面配套的子系统就越简单,维护效率更高,安全性也更好。这也是为什么当今世界上,双发远程客机大行其道,类似波音-747和空客A-380一类的四发大飞机,迟迟没有后继型号出现的一大原因。
回过头来看我们自己,长征五号重型火箭还只是个开始,或者说是起跑线,其只是满足探月工程初期需求的产品。未来更进一步的探月与登月工程、火星计划,以及对太空更深领域的探索,将由正在研发中的国产921型和长征九号两款重型火箭来完成。
我们的目标是星辰大海!在探月与进军宇宙的赛道上,我们定将走得更远。