“紅色巨人”的破碎奔月夢——鮮為人知的蘇聯登月計劃

1969年7月21日凌晨2點時分(UTC),當美國宇航員阿姆斯特等人成功駕駛登月艙在月球表面降落,他的名言:“這是一個人的一小步,卻是人類的一大步。”從38萬公里的月球表面傳回地球時。全世界約4億5千萬人正在透過廣播關注著這一歷史時刻。

“紅色巨人”的破碎奔月夢——鮮為人知的蘇聯登月計劃

當西方陣營正在因為此次勝利歡呼雀躍,而蘇聯各大火箭設計局氣氛卻格外的凝重,每個人都默然不語。18天前,蘇聯的第二次N1火箭試射失敗了,而且對拜科努爾發射場造成了巨大的損壞。N1-L3火箭在升空後因為一個鬆動的螺絲,導致了多個火箭發動機突然停機。

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N1火箭第二發射失敗

這個105米高龐然大物一共加註了680噸燃油,以及超過1780噸液態氧,在發射架上產生了猛烈的爆炸。N1火箭的爆炸的威力超過了1000噸TNT當量,爆炸產生橘黃色的火光迅速吞沒了整個發射塔,發射基地瞬間升起了蘑菇雲,其場面看起來不亞於一次小型的核試驗!這次失敗將拜科努爾發射場弄得一面狼藉,火箭發射臺和指揮台全部都被摧毀,至少在一年內都能再使用了。

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美國衛星拍攝到的N1火箭發射的現場

隨後在1969年和1972年,N1火箭又進行了兩次發射。但是都慘遭失敗,最終蘇聯不得不承認已無法追趕美國的阿波羅計劃,停止了月球登陸計劃,並將重心轉移到建設近地軌道基地的專案上。

但是儘管美國在登月競賽中取得最後的勝利,但是蘇聯人一度在這一領域遙遙領先美國人。

早在1956年當時的蘇聯科學院舉行了關於高層大氣研究的全聯盟科研會議。會上執掌第一實驗設計局(ОКБ-1)的蘇聯航天之父科羅廖夫,發表了一片名為《利用遠端火箭進行高層大氣研究》的報告,他提出利用運載火箭發射探測器到月球軌道上,並返回地球受到了蘇聯高層的重視。在兩年後科羅廖夫與他的得力助手吉洪拉沃夫共同擬定了一份宏大的月球探測計劃。在《開發外層空間最為迫切的幾項工作》檔案中,科羅廖夫對蘇聯的探月工程進行了規劃,按照步驟完成以下計劃:

1。 實現探測器登陸月球

2。 對月表進行拍攝

3。 實現探測器繞月飛行

4。 實現繞地與繞月軌道交會對接,並研發相關的生命支援系統與遠距離通訊技術

5。 實現載人登月

6。 實現航天員在月球長期駐留

當1956年蘇聯就已經制定了登月計劃的大綱時,美國總統肯尼迪在1962年才在賴斯大學發表演講,宣佈開展登月計劃。當時蘇聯航空發展蒸蒸日上,其成就超過美國,創下了大量的世界第一的記錄。例如1959年1月蘇聯的E-1。4探測器首次掠過月球,首次傳回了大量關於月球的第一手資料。同年6月E。17探測器成功在月球實現硬著陸,僅僅2個月後蘇聯又成功將月球-3號飛向月球,拍攝到了月球背面的照片。1961年蘇聯成功將航天員尤里·加加林送入地球軌道,實現人類首次載人航天。而美國1962年才真正將宇航員送入地球軌道。時任蘇聯最高領導人的赫魯曉夫,在與西方國家的訪問中經常帶去蘇聯的深空探測器的模型向西方領導人炫耀,顯擺蘇聯在太空探索領域取得的各種成就。

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赫魯曉夫和艾森豪威爾會晤時,將月球-2

而最終美國的阿波羅計劃進展順利,成功地將宇航人送上了月球,而蘇聯的登月計劃卻屢遭失敗。形成鮮明對比的是,美國的土星五號運載火箭共發射了13枚,沒有一發發生事故,成功率百分之百;蘇聯的N1火箭一共發射4次,4次全部失敗,直接導致蘇聯的深空探測計劃的終結。那麼在1962年到1969年這段時間到底發生了什麼?美國和蘇聯的重型運載火箭的命運乃至探月計劃的成敗會為何如此不同呢?

01

蘇聯運載火箭之父——科羅廖夫

要說到蘇聯航天的發展史就無法繞開兩個人:科羅廖夫和格魯什科。謝爾蓋·帕夫洛維奇·科羅廖夫,出生於烏克蘭。是蘇聯宇航事業的最偉大的設計師和組織者,其是第一枚射程超過8000公里彈道導彈的設計師,也是世界上第一顆人造人造衛星運載火箭的設計師,同時也是蘇聯載人登月的總設計師。瓦連京·彼得洛維奇·格魯什科是蘇聯著名的動力物理技術科學家和火箭技術的先驅,蘇聯最優秀的火箭發動機設計師之一。20世紀30年代此二人是當時蘇聯兩顆冉冉升起的科研新星,為了同一目標:征服太空而奮鬥。但是一場突如其來的政治風波衝擊了整個蘇聯社會,當然科學界也不例外。

1937年開始,斯大林發起了“大清洗”運動打擊異己,首先受到指控的是格魯什科,一度被捕並流放,其為了自保只得“供出”了同僚科羅廖夫。因為受到誣告,科羅廖夫以陰謀顛覆罪遭到指控,被判處十年徒刑,流放到偏遠的西伯利亞挖礦。因為早年的事情,格魯什科和科羅廖夫之間的關係異常的微妙。

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格魯什科和科羅廖夫之間不對付

是金子總會發光,在蹲了6年的監獄後,科羅廖夫因為對蘇聯國防事業的突出貢獻被提前釋放了。從地獄歸來的科羅廖夫很快展現出了其無與倫比的才華,似乎是為了彌補此前在監獄裡的損失,科羅廖夫開始沒日沒夜的工作。在科羅廖夫的率領下,蘇聯的航天事業突發猛進,其研製了世界上第一種洲際彈道導彈,第一顆人造衛星,他設計的火箭將成功地將尤里·加加林送上了太空。作為蘇聯的航天事業的先驅,其的才華不僅僅體現在他是一名優秀的工程師,同時其是一名優秀的管理者和組織者。

因為R-7彈道導彈的研製成功,第一顆人造衛星的發射成功到將宇航員送入太空,科羅廖夫對於太空的探索欲也不斷增強。早在發射人造衛星時,科羅廖夫就對於登陸月球非常感興趣,但是他的計劃到1958年才正式被批准。在1959年蘇聯連續發射了月球1號,月球2號和月球3號帶來了寶貴了月球影像之時,用於登陸月球的大推力火箭計劃也在有條不紊地進行。

於是1959年在一次火箭專家研討會上,三名蘇聯科研人員分別提出了自己的構想,分別是科羅廖夫的R-7改進型以及N1火箭計劃,切洛梅的全新的通用型運載火箭的方案UR-700以及揚格利根據現有的R-16洲際彈道導彈提出的R-56計劃。

科羅廖伕力推自己的N1火箭計劃,並且利用其影響力和威望也成功地將N1火箭計劃當作主要方向,但是後兩者提出的設計方案並沒有被否決而是作為洲際彈道導彈的設想進一步發展。

值得一提的是,切洛梅的UR-700方案和揚格利R-56計劃,均計劃使用格魯什科研究所研發的RD-270型發動機。但是科羅廖夫堅決不採用這個死對頭研發的發動機,科羅廖夫堅持的理由在於RD-270型發動機使用偏二甲肼/四氧化二氮推進劑是一種劇毒燃料,因此對於使用的RD-270型發動機的UR-700和R-56計劃科羅廖夫也堅決抵制。科羅廖夫和格魯什科的私人積怨在這一時期集中爆發。據說後來揚格利R-56計劃幾年之後就被淘汰,是因為揚格利本人對科羅廖夫的尊重和對黨同伐異的厭倦而自行放棄。

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切洛梅的設計方案,以後後來質子火箭的

但是切洛梅一直堅持他的UR-700計劃沒有放棄,這導致了蘇聯高層遲遲沒有下定決斷到底採用誰的方案。一方面這是因為切洛梅善於利用各種政治資源,和赫魯曉夫交好。另一方面科羅廖夫提出的初步方案確實沒有切洛梅合理,科羅廖夫主張採用地球軌道交會對接模式即先使用火箭將登月元件發射到太空中,將各個元件進行組裝之後在奔向月球這樣需要至少發射兩枚N1火箭才能完成任務。而切洛梅提出月球軌道交會對接模式,這也是後來美國人採用的模式,即使用一艘較大的航天器攜帶一個登月艙奔向月球,這樣只用發射一枚火箭就能完成任務。因此切洛梅的方案也打動了不少人。而後來,科羅廖夫確實承認了地球軌道交會難度太大,而採用月球交會的方式。

因此切洛梅的UR-700專案和科羅廖夫N1專案並列發展,並且互相競爭,而蘇聯高層也遲遲沒有下定明確決定支援某一個方案。1964年,蘇聯高層決定開展登月計劃,而這個計劃實際上被分割成了兩個部分分別由科羅廖夫和切洛梅開展,其中科羅廖夫N1去登月而切洛梅的UR-700去執行探月工程。實際上登陸月球是一項耗資十分巨大的專案,土星五發射13次總共花了65億美元,平均每次5億美元,而在當時核動力航母企業號的造價才4。5億美元,也就是說美國執行的每一次土星五號發射任務,都相當於把“一艘核動力航母”給射上了天而且沒有立即的回報。

本來探月工程的耗資都非常巨大,蘇聯又把這個資金拆開了兩半來使用,導致無論是科羅廖夫的團隊還是切洛梅的團隊在研究過程中都存在資金不足的難題。

02

N1與土星五號——完全不同的命運

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土星五號和N1火箭的對比

由於科羅廖夫討厭格魯什科設計的帶毒發動機,因此在N1火箭研製初期格魯什科為N-1各級火箭設計了不同的發動機:RD-114、RD-115、RD-200、RD-220、RD-222、RD-223,沒有一個被科羅廖夫相中。於是科羅廖夫自己選拔人才,從比雪夫飛機制造廠提拔了新人尼古拉。庫茲涅佐夫來為N1火箭設計發動機。但是其畢竟缺乏設計火箭發動機的經驗,沒有辦法研製出大推力發動機,最終的成果是推力較小的NK-15煤油發動機。NK-15發動機的推力不足只有175噸。而格魯什科的RD-270發動機的資料有640噸。土星五號上的F-1發動機推力則達到了驚人的680。39噸。

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土星五號一級使用5臺F-1發動機推動

既然推力不足就用數量彌補!科羅廖夫設計的N1火箭的一級足足安裝了30臺NK-15發動機。但是這樣的設計也為後來火箭的發射接連失敗埋下了隱患。而正當蘇聯登月計劃磕磕絆絆地進行時,1966年1月科羅廖夫突然死亡。他的突然離世,讓蘇聯的登月工程蒙上了一層陰影。其繼任者米申是一名優秀的工程師,但是顯然缺乏科羅廖夫在組織領導方面的人才和政治頭腦。

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N1火箭底部並聯的30臺發動機

因此在資金不足,權力鬥爭和科羅廖夫突然離世的情況下,N1火箭相較於土星五號整整晚了2年才進行首次試射。比起土星五號,N1雖然推力更大, 但它只能將95噸的物體送入低地球軌道,而土星五號可以運送130噸物體。這是由於N1全箭都以煤油做燃料,而美國對氫氧燃料的研究起步早,使得土星五號設計時選用了比較成熟的氫氧發動機,以此獲得了較高的效率。並且由於一級火箭並聯了多達30臺發動機,導致了其結構的極端脆弱,N1火箭的四次發射失敗的原因全都和1級火箭發動機的故障有關。

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導致故障的原因有很多,據參與該專案的工程師回憶用於發射N1的拜科努爾基地不支援水運。為了透過鐵路運送火箭,箭體各級都被拆散再重新組裝。結果,許多潛在問題都不能及時發現並排除,並且由於缺乏資金的支援N1從未經過嚴格的出廠測試,甚至N1每次爆炸都在一二級分離之前。