本文来自微信公众号：中国航天（ID：zght-caecc），作者：吴小宁、于荣刚、赵爽（北京强度环境研究所）、李虹（北京宇航系统工程研究所），原文标题：《俄罗斯安加拉-A5火箭东方发射场首飞情况分析》，题图来自：视觉中国
一、发射场景
2024年4月11日莫斯科时间12:00时，俄罗斯安加拉-A5大型火箭从东方发射场A1号发射台发射升空，成功将载有有效载荷模型的猎户座上面级送入轨道。此次飞行试验旨在验证火箭的技术指标及其与新建地面发射系统的匹配性，以及测试猎户座新型上面级的性能。
此次安加拉火箭东方发射场首飞并非一帆风顺，一直伴随着紧张刺激的氛围。发射原定于4月9日进行，因技术故障经历了二次推迟。4月9日，第一次发射尝试在射前2分钟自动停止，俄国家航天集团公布原因是健康监测和故障诊断系统检测到芯级氧箱增压阀发生故障，国家委员会在发射现场发出推迟24小时发射的指令；4月10日，第二次发射尝试也在射前几分钟自动中止，官方给出的原因是发动机启动控制系统软件发生故障，国家委员会再次作出推迟24小时发射的决策。
此次发射为安加拉-A5火箭的第四次发射试验，也是安加拉火箭在东方发射场的首次发射，是包括安加拉系列大型火箭及发射系统和上面级在内的阿穆尔火箭系统，在东方发射场实施飞行设计试验的开端。
在此之前，安加拉-A5火箭已经从俄罗斯北部的普列谢茨克军用靶场完成三次发射，发射日期分别为2014 年 12 月 23 日、2020年12月14日和 2021 年 12 月 27 日。前两次发射成功，第三次因珀尔修斯上面级出现故障导致载荷模型未能进入既定轨道。
图1 俄航天国家集团公布的安加拉-A5飞行时序
图2 安加拉-A5东方发射场首飞
二、安加拉火箭-A5火箭
安加拉火箭项目是俄罗斯在20世纪末和21世纪初期发展的一个国家级重要航天任务，是保障俄罗斯自主稳定进入太空的新一代运载火箭，定位为从俄罗斯本土发射重要有效载荷、开展探火探月等深空探测战略性任务，用来替换隆声号、质子号等火箭。
在原发展规划中，安加拉火箭系列覆盖小型、中型、大型、大型改型等不同运载能力，后来随着俄航天国家集团的计划调整，中型安加拉-3被联盟号-5取代，但2022年又有消息说赫鲁尼切夫中心又恢复了研制。
目前俄航天经常性提到的有小型安加拉-1.2、大型安加拉-A5和改进型安加拉-A5V。其中，小型安加拉-1.2、大型安加拉-A5处于飞行试验阶段，安加拉-A5V则处于设计开发阶段。安加拉火箭系统的国家客户是俄罗斯国家航天集团和俄罗斯国防部，牵头研制单位是赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心，总装厂为隶属于赫鲁尼切夫中心的鄂木斯克飞行厂，由俄罗斯各工业企业和建筑单位合作参与打造。
图3 安加拉号火箭型谱
图4 常见安加拉号三型火箭
安加拉火箭具有三大特点：
第一大特点是采用模块化结构，助推器、芯一级和芯二级/以上级分别采用液氧/煤油通用火箭模块URM-1和URM-2，助推器所采用的通用模块数量决定了火箭的运载能力。像乐高积木一样，通过组合不同数量的通用模块，搭建出小型、大型乃至更大型火箭。通用火箭模块是一个由氧箱、燃箱、连接管和发动机舱段构成的完整结构，两贮箱由隔板相连接。
第二大特点是使用液氧煤油低温环保推进剂，URM-1装有RD-191液氧煤油发动机，URM-2装有RD-0124A液氧煤油发动机。第三大特点是纯俄产火箭，全部组部件都由俄罗斯本国企业研制制造，从俄罗斯本土发射场实施发射。安加拉火箭的配套发射系统建在阿尔汉格尔斯克州的普列谢茨克发射场和远东阿穆尔州的东方发射场。
安加拉-A5火箭为两级半大型火箭，由助推器、芯一级、芯二级、上面级和整流罩构成。助推器和芯一级一共采用5个通用火箭模块URM-1，芯二级采用1个通用火箭模块URM-2。安加拉大型火箭的配套上面级包括微风-M、珀尔修斯和猎户座液氧煤油上面级，以及在研的氢氧上面级KVTK。微风-M已在前两次发射中得到使用，珀尔修斯用在了第三次发射当中，本次发射使用的猎户座则是珀尔修斯的近似版。
图5 安加拉-A5火箭分解示意图
安加拉-A5的定位是替换即将于2025年退役的质子号-M，后者是苏联时期研制的火箭，首次发射于1965年。
表1 安加拉-A5火箭的技术指标
三、东方发射场
俄罗斯当前用来发射火箭的发射场主要是普列谢茨克和拜科努尔。普列谢茨克发射场建于20世纪年代的美苏航天争霸期间，主要用于完成军事发射任务，且远离赤道、配套设施老旧，疲于应付今天的宇航发射任务。
而拜科努尔发射场则位于哈萨克斯坦境内，安加拉的前任质子号大型火箭只能在此处进行发射，4个发射场地只有3个能够完全使用，在当前的地缘政治环境下，依靠第三国来保持空间进入能力是非常危险的行为。
为了实现自主进入太空的目标，俄罗斯迫切需要在本土建立一个天然发射条件优良的现代化通用发射场，东方发射场由此应运而生。东方发射场是俄罗斯 21 世纪规模最大的航天工程之一，火箭可由此完成包括科学、社会经济及商业在内的各类有效载荷的发射。
按计划，东方发射场的建设分为两个阶段：一期针对联盟号-2型火箭的建设已经竣工，二期主要针对安加拉号火箭的阿穆尔火箭系统，建设处于收尾当中。从 2016 年4月28日至2024年2月29 日，在东方发射场进行了联盟号-2和联盟号-2.1两型火箭的16次发射，总共发射了 364 颗航天器。
图6 联盟-2型火箭在东方发射场起飞
图7 东方发射场建设进度规划
目前东方发射场在用的发射场地是联盟-2型火箭的发射场地。联盟-2 号火箭发射系统于 2016 年投入使用。配备的机动维护塔是俄罗斯其他航天发射场，如拜科努尔和普列谢茨克所没有的独特结构。该结构重1600t，高52m，可以在最恶劣的气候条件下进行全部发射准备工作，还能确保工人安全。该发射系统有 83个设施，占地面积4.5万平方米，均为靠近发射台的地面设施。
根据《俄联邦2017-2025年航天发射场发展目标大纲》中关于在东方发射场建造阿穆尔大型火箭系统的要求，从2018年开始，东方发射场着手建造用于发射安加拉火箭的第二个发射台。安加拉火箭的发射系统为复杂的金属结构，拥有1500多种不同类型的设备，供电电缆长达100万米，设计为每年10 次，包括载货发射和载人发射。此次发射之前，在2023年底，技术系统和发射系统利用安加拉的全尺寸电气加注模型进行了测试。
东方发射场的一大特色是使用固定式推进剂加注系统和工艺设备自动化控制系统。为了确保射前准备和发射，建造了10 多个不同的建筑，包括机动维护塔、指挥中心、储存和分配火箭推进剂的技术单元、取水设施系统、运输线和通信系统等。另外还配备了需要定期开展维护的52个工艺设备系统。
图8 东方发射场建设
通用技术系统用于开展推进剂加注等射前准备工作。在俄罗斯航天史上，东方发射场技术系统的开发人员首次将舱段仓库、运载火箭和航天器的安装测试厂房、跨界走廊及加注和中和站合并为一个综合体。这种技术方案降低了产品运输过程中的风险，大大节省了大量工作时间。
通用技术系统建筑总面积近 4.5万平方米。高度为37m，工位实现了最大程度的自动化，安装了 138 套现代化工艺设备系统。运载火箭安装测试厂房同时拥有两个工位，而航天器安装测试厂房则可以进行目前在役的俄所有航天器、上面级和入轨单元的组装和测试。
跨界走廊是技术系统的主要运输动脉。运载火箭、航天器、上面级、设备和工装等单元在技术系统的各个建筑之间移动。该走廊与运载火箭、航天器、上面级和火箭整流罩的安装测试厂房相连，也与冷却站、火箭部段仓库和动力单元相连。
图9 测试厂房里的联盟号-2型火箭
部段仓库用于接收、储存和分发从制造工厂运来的运载火箭各级和头部整流罩壳段。现代化的运输和物流系统可显著节省时间，降低火箭的接收和维护成本。
用于火箭射前准备和上面级加注的技术系统占地总面积达17万平方米。每班约有150人在此工作。航天器和上面级在加注和中和站加注燃料。
作为发射平台的东方航天发射场还是一个巨大的控制通信中心，拥有最先进的航天器飞行控制设备，可以控制俄罗斯轨道编队的全部航天器、国际空间站俄罗斯舱段和载人载货飞船。
图10东方发射场2030年前布局示意图（尚未包括阿穆尔重复使用火箭系统）
四、猎户座上面级
根据《俄联邦2016-2025年航天发展大纲》，本次发射采用的猎户座上面级是在猎户座项目下研发的，与安加拉-A5火箭在2012年12月第三次发射中采用的珀尔修斯上面级相同，均承袭于能源火箭集团研制的D系列上面级技术。
猎户座上面级为珀尔修斯上面级的近似版，二者基本技术性能相同，配备的推进系统和仪器设备有所差异。D上面级系列来源于苏联时期的探月火箭N1，采用液氧煤油发动机，目前常见的为DM基本型和DM-SL改进型两种，分别与质子号火箭和海射天顶号火箭搭配使用。
珀尔修斯上面级代号14S48，是Persey-KV项目下的DM型上面级改进版，配套发射系统建在普列谢茨克发射场。2019~2020年，基于上面级14C48研发了代号14C49的上面级DM-UZ，配备不同的推进系统和仪器，保留珀尔修斯的技术性能。
图11珀尔修斯上面级
表2 珀尔修斯上面级技术指标
图12 14S49上面级
表3 14S49上面级技术指标
猎户座上面级于2023年12月底运抵东方发射场，开始紧锣密鼓的射前准备工作。2024年2月份进行了电气试验、气动试验和各系统综合试验，稍后开展了推进剂加注和注气操作等。
表4 猎户座上面级部分技术指标
五、分析与思考
毫不夸张地讲，安加拉-A5火箭在东方发射场首飞是俄罗斯航天发展史上的一次历史性发射，是苏联解体以来俄罗斯航天工业独立发展的一个里程碑事件，为俄罗斯航天的发展掀开新的一页。此次发射不仅是俄罗斯首个新一代火箭型号、新建发射场等航天成果进行综合测试，更是对现今俄罗斯太空探索能力的一次大检验，意义深远，影响巨大。
此次发射成功，是对俄罗斯航天自主发展能力的一个有力证明。纵使环境如何堪忧，俄罗斯在航天领域仍然具有强大的实力，仍然站在航天大国第一梯队，必将大大提升俄整个航天队伍乃至整个军工行业的士气，鼓舞后续发展。
（1）安加拉火箭的重要性和先进性
安加拉火箭的诞生，为俄航天技术的研究和发展打开了广阔的发展空间。安加拉火箭一旦投入运营使用，将会大大提升俄罗斯的自主进入空间能力和整个火箭家族的运载能力，加快俄新一代火箭的布局。按照俄航天发展规划，俄罗斯的很多重要发射任务都会落在安加拉-A5型大型火箭的肩上。
安加拉火箭的最初论证发生在1992年，正式立项则是在1995年，之后就是漫长的经费紧缺煎熬期，到2000年中期才开始获得拨款恢复正常研制。但是直至今天，它的模块化设计理念，液氧煤油低温发动机技术，以及在不损失强度前提下减小焊接边缘厚度的独有摩擦焊工艺等，仍然具有先进性和独创性，便于实现包括提高推力、实施载人发射和增加重复使用功能的进一步改型。所有这些，对我国大型火箭的研制和火箭型谱建设都有一定的参考意义。
对这个命运曲折，跨越后苏联时代的俄罗斯目前唯一一个研制完成的新一代火箭来说，今后面临的主要任务是在2025年按计划完成飞行试验，平稳实现发射应用，实现从俄本土发射飞船、空间站、深空探测器等各类航天器的既定目标，根据当前俄国家需求和世界航天发展趋势进行改进和完善，如增添载人技术和重复使用技术等。此次发射成功，使得俄航天与上述目标更近一步。
（2）东方发射场的独创性和战略性地位
东方发射场是苏、俄历史上首个配套设施最为完备的21世纪现代化通用发射场，在俄航天发展战略中被寄予厚望，定位为俄罗斯通向任何航天项目和任务的通道。发射场一期工程的建设从2013年开始，二期工程从2018年启动，即将进入收尾阶段。东方发射场的建设，运用了俄罗斯当前最为顶尖的建筑设计技术，实现了中型火箭、大型火箭乃至重型火箭的多发射场布局，以及火箭、上面级和航天器安装测试厂房的无障碍连接贯通，极大提升了综合保障能力。这对我国未来发射场的建设有一定的借鉴意义。
东方发射场一旦完全投入使用，俄罗斯将在自己的领土上拥有一个四通八达的通用航天发射场，按计划俄之后的主要航天发射都将转移到这里进行，如2028~2029年阿穆尔-液化天然气重复使用火箭系统的发射等。后续，东方发射场的先进指挥控制中心将与位于莫斯科科罗廖夫的飞行控制中心遥相呼应，共同实现对航天器轨道编队、国际空间站俄罗斯舱段及之后的俄ROS空间站和各类飞船的控制。
此次发射成功，证明东方发射场的大型火箭发射平台已经通过初步考试，但后期仍然任重道远，之后还要面临载人飞船的水上回收等技术问题，以及计划于2026年启动的为阿穆尔-液化天然气重复使用火箭打造发射系统的三期工程建设等等。而在后续建设中如何确保进度、一改二期工程中出现的管理不善和劳力物力不足及财政赤字等问题，也是俄航天亟需解决的问题。
（3）后续载荷问题
纵观安加拉-A5火箭的四次发射，可以发现发射的有效载荷均为模型，可见安加拉A5火箭当前仍然处于飞行测试阶段。
另外，即使安加拉-A5火箭顺利结束飞行试验阶段进入发射运营，在目前的世界政治局势下，也多半是只能服务俄罗斯本国，能够发射的可能大多是俄政府的有效载荷。而届时俄政府是否有足够的需求定期填充安加拉-A5火箭的大载荷容量，也是一个让人心存疑虑的问题，需要政府层面和企业层面实施有效的项目管理措施和保证尽量充足的经费投入。
目前能够期待的有效载荷，包括光束系统中继卫星、俄ROS空间站的基础模块和科学动力模块、雄鹰号飞船、月球-27、月球-28探测器、宙斯号核动力拖车等，但这些项目能否按计划按进度进行还有待观望。如俄官方称将于2028年用安加拉-A5火箭发射俄罗斯已经研制15年的新一代载人飞船雄鹰号，但目前还没有证据表明该飞船能够在四年内进入试飞阶段。
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