《观棋》第47期：载人航天领域的军事较量

源济

澎湃军事  2016-09-14

天宫二号是我国第一个真正意义上的空间实验室，主要用于空间科学实验和科学应用，没有军事用途。但是，在人类航天发展史上，尤其是冷战时期，美苏为了争夺太空霸权，对载人航天的军事用途进行了大量探索和试验。本期观棋旨在回顾冷战时期美苏在载人航天的军事领域展开的激烈较量。





航天和导弹工业有着密不可分的历史，人类第一枚洲际导弹R-7是一种一级半构型、使用液氧煤油推进剂的洲际导弹，由于使用液氧这种低温推进剂，它作为洲际导弹并不成功，但它直接衍生出延续至今的联盟系列运载火箭。联盟系列运载火箭是目前发射数量最多，连续发射成功次数最多的运载火箭，它在R-7导弹基础上增加了一个第二级，是一种二级半构型的运载火箭。俄罗斯载人航天使用的联盟号载人飞船、进步号货运飞船，甚至是未来的新型货运飞船都将使用联盟号火箭发射。





美国的运载火箭同样起源于弹道导弹，美国载人航天的开路先锋水星飞船，就是使用水星-红石运载火箭发射升空的。红石火箭是一种单级运载火箭，它衍生自木星-C运载火箭，技术源头可以向上追溯到红石导弹。1961年5月5日，水星-红石火箭将航天员艾伦-谢泼德送入太空，这虽然只是一次亚轨道飞行，却是今天独步天下的美国载人航天向茫茫太空蹒跚迈出的第一步。水星计划后来使用源自宇宙神中程导弹的宇宙神火箭进行了轨道发射，但那就是另一个故事了。





美国航空航天局开展民用载人航天的同时，美国空军研制了X-20戴纳索太空战机，它集侦察和轰炸为一体，重量比水星飞船大得多，必须使用大力神运载火箭才能送入地球轨道。戴纳索飞机采用无尾三角翼布局，发射时机身和翼面会严重影响火箭姿态，因此发射戴纳索的大力神火箭不得不加上巨大的翼面进行平衡控制。大力神火箭同样是导弹工业的产物，它的前身就是著名的大力神洲际导弹，直到1989年才退役，而大力神火箭更是屡经改进使用到21世纪，发射了大量军用卫星。





X-20戴纳索的梦想可以追溯到纳粹德国时代的银鸟轰炸机，以及战后钱学森设计的火箭飞机，它们都是助推-滑翔概念的产物。戴纳索身上寄托了美国空军无尽的梦想，可以执行高空侦察、亚轨道轰炸、卫星维护和破坏等诸多任务。但是，X-20的设计概念过于激进，远远超出了当时的技术能力，同时研制中不断超期和超支，最终在花费6.6亿美元后不得不被忍痛舍弃。X-20甚至没能进行过一次试飞，但我们很难以成败论英雄，因为它的技术概念直到今天仍是我们追求的目标。





美国要研制戴纳索独霸太空，苏联当然不会坐以待毙。Mig-105“螺旋”就是米高扬设计局提出的针锋相对的产物。“螺旋”同样具备从侦察到太空作战等各方面功能，它将由使用冲压发动机的超音速母机发射，然后借助二级火箭推动螺旋飞行器进入轨道执行任务。由于资金不足和技术难度太大，“螺旋”只进行了验证机高空投放飞行试验，没能进行实际的发射。但是，“螺旋”的缩比样机BOR系列却使用运载火箭发射入轨并进行了再入试验，美国模仿BOR设计了HL-20飞船，最终在今天的“追梦者”飞船上梦想成真。





航天侦察具有很多独特的优势，但早期侦察卫星也有太多不足之处，尤其是不能根据实际情况灵活拍摄高分辨率照片。为了解决这个问题，美国空军和国家侦察办公室启动了载人轨道实验室（MOL）计划，它又被称为多利安空间站。MOL借用了“大力神”-I的氧化剂储箱作为实验室舱的壳体，实验室舱分为密封舱和非密封舱两个部分，非密封舱装有直径1.8米的大口径相机，这在当时是前所未有的大型高分航天相机，多利安空间站还可作为情报信号的搜集平台。





MOL本身配备了复杂的计算机系统，可以自动录入需要侦察的目标，并自动调整1.8米口径的大型相机进行拍照。航天员的主要任务是在经过下一个目标上空前，观测目标是否有云层覆盖等情况，或是调整侦察目标的优先级。MOL进行拍照侦查后，航天员将携带拍摄好的胶卷，乘坐双子星飞船返回地球。美国空军载人侦察空间站早在1957年就开始进行论证，但到它逐渐成形时，却已经落伍了，最终由于技术和超支等原因，MOL计划被取消。





与此同时，苏联也研制了钻石（Almaz）系列空间站，用于执行对地侦察等任务。苏联认为航天员不仅可以辅助对移动目标的观测，而且天地往返也可以快速回收胶卷进行情报判读。钻石空间站第一阶段自带返回舱和2-3个胶卷回收舱，每次飞船访问还会送来最多8个胶卷回收舱，胶卷装满后由航天员将回收舱弹出并返回地面。





钻石空间站包括载人轨道站（OPS）和运输飞船（TKS）两部分，前者装有照相机和维生物资，负责航天侦察任务，后者用于天地往返运输人员和物资。由于苏联很担心它遭到攻击，还为它研制了一种23毫米火炮进行自卫。由于TKS飞船研制进度滞后，钻石空间站总师切洛梅不得不临时用联盟飞船代替。而TKS飞船改进后最终成为FGB实验舱，在国际空间站上发扬光大，令人始料未及。

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TKS飞船虽然一度滞后，却一度计划用于科罗廖夫设计局的MKBS大型空间站。MKBS计划使用N-1巨型火箭发射，它由两个直径6米，分别重达80吨和88吨的舱段组成，还将使用200千瓦的核反应堆，以及电池板面积达140平方米、供电能力达14千瓦的太阳能供电。MKBS空间站还拥有旋转产生人工重力的能力，载人定额6人，拥有包括航天遥感、通信和材料研究等在内的广泛用途，但是N-1火箭的失败让MKBS空间站被迫取消。





美国的航天飞机计划是美国空军和航空航天局的联合项目，为了满足美国空军发射大型侦察卫星的要求设计了巨大的货舱，而货物就是著名的KH-11锁眼卫星。KH-11卫星是一种传输型侦察卫星，它的出现给MOL或类似的载人航天侦察概念敲响了丧钟，也为后阿波罗时代航天飞机的腾飞铺平了道路。KH-11卫星口径2.4米，又携带了大量推进剂，卫星总重量十几吨，航天飞机正是为了发射KH-11才变得如此巨大。但是，美国空军由于挑战者号事故选择了退出，因此航天飞机从未发射过KH-11卫星。





航天飞机虽未发射过KH-11卫星，但它却发射了著名的哈勃空天望远镜并对它进行了多次在轨维护。本图为1999年的哈勃望远镜SM3A维护任务，这是一次紧急抢修任务。发现号航天飞机的航天员们在轨更换了哈勃望远镜全部的陀螺仪，安装了新的主计算机和存储器。这一紧急抢修将“哈勃”从失控中挽救出来，展示了航天飞机的独特价值。





航天飞机不仅可以用于修理太空中的卫星，它同样可以捕获卫星并带回地面。本图为1984年，航天员将失效的Palapa B2和Westar VI通信卫星捕获并放入航天飞机货舱时拍摄，其中的Westar VI卫星后来由中国长征火箭发射，即著名的亚洲一号卫星。航天飞机不仅可以回收发射失败或是失效的民用卫星，同时也是一种“温柔”但有效的反卫星手段。由于航天飞机可以有效清理敌方近地轨道上的卫星，其军事潜力令人不寒而栗。





MOL空间站的载人航天侦察概念本来已经作古，但航天飞机却让这种设想再度复活。航天飞机雷达地形测绘任务（SRTM）就是美国航空航天局、美国国家测绘局和德国、意大利等国合作共同进行的联合测量任务。2000年，美国奋进号航天飞机展开SRTM系统的雷达天线，进行了总计222小时23分钟的数据采集，获取了南北纬60度之间超过1.19亿平方公里地表的雷达影像，覆盖了地球超过80%的陆地表面，分辨精度最高达30米。SRTM任务测量精度之高、覆盖面积之广在测绘史上前所未有的，它把美军全球数字地形高程模型（DEM）的精度提高了30倍！





苏联的光学侦察卫星具有浓厚的苏联特色，比如天顶号侦察卫星，实际上就源于上升号载人飞船。上升号飞船只进行了两次发射就被联盟号取代，但天顶系列侦察卫星却是个老寿星，不断改进并最终使用到1994年。天顶系列卫星型号众多，覆盖了从非机动到机动型、从普查任务到详查任务等多种类型，后期改进型的相机分辨率也提高到1米以内。冷战期间，苏联使用联盟号火箭发射了数以百计的天顶侦察卫星。





苏联的琥珀（Yantar）侦察卫星则由大名鼎鼎的联盟号载人飞船衍生出来。琥珀号卫星同样是一种返回式侦察卫星，它分为琥珀-2K、琥珀-4K1、琥珀-4K2、琥珀-4KS1和琥珀-4K2M等类型，拥有更优良的平台和更强大的相机，分辨率也要比天顶号卫星高上很多。琥珀号侦察卫星一直承担着战略和战术侦查的重任，卫星发射总量达到了约180颗，俄罗斯直到2015年还发射了一颗琥珀-4K2M返回式卫星进行侦察。





苏联早前研制的N-1火箭虽然失败，却在此基础上研制了更强大的能源号火箭。面对美国如火如荼的星球大战计划，能源号火箭1987年的首次发射搭载的就是极地号空间站。据称，该空间站重达80吨，装有一部1兆瓦功率的高能化学激光器。如果极地号发射成功的话，苏联将率先部署天基高能激光武器。不过，虽然能源号火箭发挥出色，但极地号空间站姿态控制却出现问题，本该加速入轨的最后一推却把方向弄反，导致极地号减速，最终落入南太平洋海域。





能源号火箭更重要的目标是发射暴风雪号（Buran）航天飞机。暴风雪号外形和美国航天飞机大同小异，但它并没有主发动机。暴风雪号航天飞机也拥有巨大的货舱，灵巧的机械臂，而且具备全自动再入返回着陆的能力。按照苏联的设想，暴风雪号航天飞机将成为苏联军用航天的支柱，用于卫星发射、维修、捕获，执行航天侦察任务，并建造新的空间站。1988年能源-暴风雪号组合体发射成功，但这也成为它的绝唱。苏联解体后，暴风雪号航天飞机沉寂在机库无人问津。





美国还曾实施过国家空天飞机（NASP）计划。NASP使用一体化的超燃冲压发动机，可以从普通机场跑道上起降，是一种单级入轨的空天飞机。NASP理论上具有更好的重复使用能力，堪称媲美民用航班的太空班机，它不仅具有巨大的民用价值，还拥有军用潜力，可以取代航天飞机，部署各种天基传感器和武器，并对近地轨道上的军事设施进行维护。不幸的是，这个和戴纳索一样激进的项目，同样遭遇了巨大的技术和资金难题，到冷战结束也没能造出试验机试飞，最终被美国航空航天局取消。

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尽管航天飞机能够重复使用，却没有带来预想的低成本，而星球大战计划要在太空近地轨道上部署数量众多的传感器和拦截器，因此必须降低航天发射成本。为此，以马克思·亨特为首的部分航天工程师提出了DC-1的研制计划，它是一种单级入轨的航天器，但和NASP不同，它使用传统的火箭发动机。据称，这个单级入轨的航天器可以做到民用航班级别的快速周转能力，并能将航天发射的成本降低一个数量级。但它生不逢时，1/3的缩比模型DC-X刚刚开始研制冷战就结束了，美国空军拒绝进一步拨款，DC-X项目不得不取消。多年以后，蓝色起源公司招揽了DC-X项目团队的旧部，研制了垂直起飞降落的新谢泼德火箭。





苏联载人航天的里程碑是和平号空间站。和平号空间站是人类第一个多舱段的空间站，它由1个核心舱和5个功能舱组成，总重量约137吨，内部体积约400立方米。虽然载人侦察的钻石号空间站已经远去，但和平号空间站仍具有对地遥感的功能：它的研究大气物理的光学舱（Spektr）和对地对海遥感探测的自然舱（Priroda）配备有诸多光学遥感设备，具有遥感侦察能力。尽管据称俄罗斯使用和平号空间站进行过军事侦察任务，不过这只是附带的使命，载人航天已经和军事侦察基本分道扬镳了。