天頂號運載火箭

天頂號運載火箭是前蘇聯在1970年代研製的一種中型運載火箭，由第聶伯羅彼得羅夫斯克市南方科研生產聯合體研製包含多種型號，還可以通過海上發射平台發射。

“天頂號”運載火箭開發主要目的有兩個：一是作為“能源號”的液體燃料捆綁式助推器，二是加裝第二級後作為獨立的運載火箭使用。當時計畫用“天頂號”來取代聯盟號運載火箭進行載人航天任務，但這些計畫由於前蘇聯的解體而放棄。在“能源號”的兩次發射中，四部“天頂號”捆綁式助推器都運行得非常成功。

基本介紹

• 中文名：天頂號運載火箭
• 外文名：Zenit
• 類別：中型運載火箭
• 發射場：拜科努爾航天發射場
• 國家：前蘇聯/俄羅斯/烏克蘭

概述

天頂號運載火箭是前蘇聯解體前所發展的最先進的一種火箭，其主要生產設備位於烏克蘭，俄羅斯只提供一些重要組件（如發動機）。因此在俄烏分家後，俄羅斯為了不在航天發射領域受制於人，已準備用新研製的安加拉號火箭來替代它。但在目前安加拉號尚未完成的情況下，俄羅斯為了發射某些載荷仍需與烏克蘭合作生產天頂號（主要是兩級型的天頂-2）。用於商業發射的天頂號（天頂-3SL）則由烏克蘭、俄羅斯、挪威和美國波音公司共同投資組成的一個合資企業海上發射公司進行運作。

由於安加拉號火箭研製進度的拖慢，天頂號曾被定為俄羅斯新一代載人飛船“快船號”的備選運載工具之一。

研製過程

天頂號火箭是蘇聯政府在1976年正式批准進行研製的，主要設計工作被分配給了位於烏克蘭的南方設計局。南方設計局是蘇聯最主要的洲際飛彈研製單位，曾在彈道飛彈基礎上開發過宇宙號運載火箭、旋風號運載火箭等多種運載火箭。天頂號是該設計局在蘇聯解體前完成的最後一種火箭，由R-36M洲際彈道飛彈（北約代號SS-18“撒旦”）的設計者弗拉基米爾·烏特金任總設計師。

天頂號的設計工作與蘇聯當時最具野心的航天計畫——能源-暴風雪號太空梭計畫捆綁在一起。之所以出現這種情況，是因為蘇聯工程師打算直接用天頂號火箭的第一級作為能源號火箭的助推器，並為之配套發展一種大推力液體火箭發動機。由格魯什科領導的設計團隊研製了供能源號與天頂號使用的RD-170/RD-171型高壓補燃液氧煤油發動機。能源號火箭的助推器使用RD-170，而天頂號火箭則使用RD-171；二者的區別在於，RD-170的推力矢量噴管只能沿一個方向軸擺動，RD-171的噴管則可以沿兩個方向軸擺動。RD-170/RD-171大推力液體火箭發動機，其真空推力高達7903kN。由於威力強大，天頂號火箭的第一級只需安裝一台發動機。

整個天頂號工程的原本目的是要發展一個通用的，擁有小、中、大三種型號的火箭家族（類似俄羅斯現在的安加拉號計畫）。按照南方設計局給出的資料，這三種型號的工程代號分別是11K55（小型），11K77（中型）和11K37（大型）。但實際上，最後只有中型型號（11K77）得到了發展，其它兩種型號都被放棄了。11K77工程的結果就是天頂-2運載火箭。

1985年投入使用的是“天頂號”的基本型，即“天頂號”2型，主要用來發射軌道高度在1500km以下的軍用和民用衛星，經過改進的“聯盟號”TM型載人飛船和“進步號”改進型貨運飛船。

天頂號火箭擁有許多優點。它使用無毒無污染的液氧/煤油推進劑組合，而其它一些蘇聯運載火箭（如質子號運載火箭）則使用有劇毒的肼類推進劑。天頂號的發射工序實現了完全無人化：火箭可以被機械裝置自動吊裝在發射台上並連上必須的地面控制管線，其後在發射準備、點火或因發射任務取消而須從發射台上撤下火箭時都不需要進行手動操作，從而大大減少了因發射事故導致人員傷亡的可能性。此外，天頂號的發射台不包含會在發射時被燒毀的設備，因此在一次發射完成5小時之後，就可以再次進行發射。

在前蘇聯時代，天頂號火箭的部件是由位於俄羅斯和烏克蘭的許多機構分別生產的，最後的總裝則由位於第聶伯羅彼得羅夫斯克（在烏克蘭）的南方機器製造廠完成。

主要型號

能源號助推器

天頂號一子級被用作能源號運載火箭的液體燃料捆綁式助推器，四個天頂號一子級附加到能源號運載火箭上，為火箭起飛產生額外的推力。能源號在該計畫放棄之前，依靠四個天頂號一子級助推成功發射過2次。

天頂-2

天頂-2火箭是天頂號系列運載火箭的第一種型號，為二級運載火箭，全長57m（大整流罩）或54.5m（小整流罩），最大直徑3.9m，起飛質量459t，其中有效載荷質量為13.8t，起飛推力7257kN，推重比1.61。

天頂號

天頂-2火箭於1985年4月13日首次飛行，載有一個Tselina-2質量模擬器，測試飛行失敗，之後再6月21日進行了第二次亞軌道試射後，於1985年10月22日在拜科努爾航天發射場並搭載宇宙-1697（電子偵察衛星）第一次成功發射。

天頂-3

天頂3全長61.4m（長整流罩），直徑3.9m，起飛質量466t（不含有效載荷）。它的第一級使用RD-172型發動機，基本結構與RD-171型發動機相同，通過將室壓提高到25.9kPa使推力提高了5%。天頂-3的第二級與天頂-2火箭相同，第三級採用58M型可重複啟動的單推力室發動機。這種發動機最初是科羅廖夫設計局為前蘇聯的N-1登月運載火箭研製的，登月計畫失敗後用於質子號運載火箭的第四級，即DM組級。它也用液氧/煤油作推進劑（推進劑共重約15.3t），真空推力為85kN，燃燒時間為600s左右（兩次點火工作）。加上第三級後的天頂-3火箭可用於發射近地軌道、近地轉移軌道及行星際軌道的有效載荷。前蘇聯曾為天頂-3專門設計了第三級，但後來放棄了該設計，改用質子號的DM組級。

天頂號其他型號

在整個蘇聯時期，只生產過兩級型的天頂-2，從哈薩克斯坦的拜科努爾發射場發射（原本計畫在普列謝茨克發射場修建的一套發射設施因蘇聯解體而未能完工，現已被改造為安加拉號火箭的發射台）。20世紀末，為了競爭國際商業發射服務市場，烏克蘭與俄羅斯共同開發了三級型的天頂-3SL（三級型天頂號的設計方案則是在蘇聯時代就有了），由烏、俄、美、挪共同控股的海射公司運作。天頂-3SL使用位於太平洋赤道區域的奧德賽發射平台。最近為了適應商業市場的需要，海射公司又推出了可以在陸地上發射的天頂-3SL改型，稱為天頂-3SLB。2007年，烏克蘭與俄羅斯又推出了天頂-2的改進型天頂-M。還有一種兩級型天頂號代號為“天頂-2SLB”。

2014 年 5 月 26 日，海射天頂號-3SL運載火箭成功將一顆質量約6t的歐洲通信衛星送入地球同步轉移軌道（GTO），此次成功發射標誌著該火箭自2013年2月發射失敗以來重返商業發射市場。該火箭原定 4 月 15 日發射，後因一、二子級級間桁架機械故障而推遲到5月26日。海射天頂號-3SL是在天頂-2火箭的基礎上發展而來的三級液體火箭，箭長59.6m，最大直徑3.9m，一子級採用1台RD-171發動機，二子級採用RD-120發動機，三子級採用1台11D58M 發動機，GTO運載能力達到 6.16 t。該火箭從 1999 年首次發射至今，共進行了36次海上發射，失敗 4 次，成功率為89%。