胖五加油，未來可期。盤點美蘇兩國冷戰期間研製的重型運載火箭

2020年7月23日，海南文昌航天發射中心。對於中國航天事業以及無數日日夜夜奮戰的航天人來說註定是載入史冊、難以忘卻的一天。伴隨著長徵五號運載火箭將我國首枚火星探測器——「天問一號」順利發射升空，「天問一號」探測器成功進入預定軌道。至此中國成為世界第四個能夠獨立發射火星探測器的國家，開啟了屬於中國人自己的行星探測時代。

而伴隨著「天問一號」火星探測器的成功發射，長徵五號運載火箭（以下簡稱胖五）也再次進入到國人眼中，作為此次火星探測任務的功臣。同時也是目前中國技術最先進、運載能力最強的運載火箭，胖五將在以後中國的天宮系列空間站建設、探月三期工程及其它深空探測的實施過程中擔負起更為重要的作用。

相較於我國之前的各型運載火箭瘦長苗條的體格不同，胖五一改以往中國運載火箭美男子的樣貌。胖五全長約53.7米，但其卻擁有5米的直徑，再加上其捆綁了4個直徑3.35米助推器，體型顯得相當雍容豐滿，宛如一位小胖墩，而胖五也憑藉著878噸的起飛重量、超過1000噸的起飛推力，近地軌道運載能力最大達到25噸、同步地球軌道運載能力也達到了14噸，巨大的運力使得胖五成為中國運載火箭領域的絕對大哥。但是如果我們翻開人類航天事業發展的歷程就會發現，雖然胖五的各項性能在現今中國航天領域中極為優異，但是相較於下面的美蘇兩國在冷戰期間研發設計的三款運載火箭，胖五及身後的中國航天科研人員還有一段很長的路要走……

蘇聯篇

• 能源號

在N-1運載火箭的數次發射任務失敗後，蘇聯取消了與美國在登月領域的對抗以及N-1運載火箭的後續發展計劃，轉而開始了新型運載火箭的討論和設計。而此時大洋對岸的美國也由於阿波羅登月計劃的停止逐步取消耗資巨大的土星五號運載火箭項目，轉而研發可重複利用的太空梭計劃，在降低成本的同時繼續保持在航天領域對蘇聯的技術領先優勢，而這一切都使其競爭對手蘇聯感到如芒在背。

為了在新一輪航天技術領域的較量中取得優勢。蘇聯能源科研生產聯合體提出了祝融星計劃——及設計一種以質子號運載火箭為基礎，使用與質子號相同燃料，但比質子號更大、推力更強的、採用模塊化設計的火箭，這就是能源號運載火箭的設計理念。

能源號作為一種兩級運載火箭，全長60m，最大直徑約為8m。憑藉著2400噸的自重，以及高達到3500噸的最大推力，能源號最大能將105t的有效載荷送到距地約180Km的低地軌道，能將32t的有效載荷送到月球或將27t的有效載荷送往火星和金星，其各項性能均超越了美國的土星五號運載火箭以及之後的太空梭。並且在後期經過充分改進後，能源號的運載能力將會提升到恐怖的270t。此外，能源號運載火箭在設計之初就已經開始考慮到火箭的後續回收和重複使用等相關問題，雖然該項目最終由於缺少研發資金而不了了之，但這要比美國Space X公司的回收重複利用理念要早上數十年。伴隨著能源號運載火箭的成功研製，蘇聯在大型運載火箭研發設計領域已經追上甚至在某些領域已經趕超了美國。憑藉著超強的運載能力，自問世開始到現在能源號一直穩坐世界最強運載火箭的寶座。

1987年5月15日能源號迎來了自己的首次發射任務。15時30分，攜帶「極地」號斯泰基-DM型試驗飛船在哈薩克斯坦的丘拉坦發射場發射升空，隨後星箭順利分離。但「極地」號卻因自身搭載的RD-0120型發動機提前停止工作，使得其後續自身姿態調整失敗，未能成功進入預定軌道，隨後墜入大氣層解體燒毀。

1988年11月15日能源號迎來了自己的第二次發射任務，47分鐘後能源號順利將暴風雪號太空梭送入預定軌道，並在旋繞地球兩圈後順利返回地球。但誰也沒有想到這將是能源號運載火箭的最後一次發射。

1991年12月伴隨著蘇聯的解體，失去資金髮展的能源號運載火箭也宣告結束了自己短暫的一生。2002年，由於長時間的無人看管，能源號運載火箭與暴風雪號太空梭一起隨著哈薩克斯坦拜科努爾航天發射場廠房坍塌而灰飛煙滅，作為蘇聯航天事業發展巔峰時期的見證者，最後落得這個下場不免叫人唏噓……

• N-1運載火箭

20世紀60年代，伴隨著美蘇兩國在航天領域對抗的加劇，兩國對抗的地點從近地載人任務變為了載人登月。載人登月便是對一個國家綜合國力和尖端技術的最大考驗，而大推力的運載火箭便成了擋在人類登月的最大阻礙，兩國誰能率先完成大推力火箭的研製工作誰就能領先對手登上月球，為自己國家爭的無上榮光。

而當時蘇聯的航天事業在著名航天專家科羅廖夫的領導下取得了一系列成功，漸漸的拉開了與美國的差距，創造了人類航天領域的數個第一。為了搶先美國將太空人送上月球蘇聯航天部門在科羅廖夫的帶領下立即開始了新型N-1運載火箭的研製任務。但由於蘇聯的工業基礎實力和製造實力相較於美國有些差距，面對自家設計的登月飛船系統在重量方面嚴重超標，為了能將登月飛船系統送入正常軌道，N-1運載火箭的第一級不得不採用多達30臺NK-15發動機，這直接降低了N-1運載火箭的使用可靠性和穩定性。與此同時，屋漏偏逢連夜雨，1966年，蘇聯航天領域掌門人——科羅廖夫的意外去世更使得N-1運載火箭的研發陷入僵局，之後其繼任者在面對這項不可能完成的任務時不得不硬著頭皮繼續N-1運載火箭的研發。

N-1運載火箭高105米，最大直徑17米，其採用創紀錄的五級動力推進，龐大的體型以及數量眾多的發動機使得N-1運載火箭的推力達到4620噸，超過美國同時期土星五號運載火箭。但由於N-1運載火箭採用當時極為推力極為普通的煤油作為推進劑，相較於美國土星五號所採用的氫氧燃料，煤油的推力遠低於氫氧燃料。這也使得自重達2788噸的N-1運載火箭近地軌道運載力為95噸，同步地月軌道為23.5噸，遠低於美國同時期研發的土星五號運載火箭。

由於當時N-1運載火箭總設計師——科羅廖夫的意外去世，加之其後續設計者缺乏足夠的政治頭腦導致N-1運載火箭的研發設計成為不可能完成的一項任務。但面對美國NASA在航天領域的步步緊逼，蘇聯高層為了避免被美國超越，在明知N-1運載火箭不可能成功時依然要舉行發射，這為後續一系列的災難事件埋下了隱患……

在一系列問題沒有得到有效解決後，蘇聯航天部門還是硬著頭皮在1969年2月21日開始了N-1運載火箭的首次發射。發射地點選擇在哈薩克斯坦的拜科努爾航天發射場，在發射之前，火箭被拆分成大大小小的零部件，使用鐵路運到了發射場，遠距離的運輸使得火箭上許多潛在問題都不能即時發現並排除，例如有害震動（可能導致推進劑管道破裂）、廢氣流體力學問題（可能導致箭體翻滾）。此次發射還攜帶著聯盟7K-L1號登月飛船。在現場準備妥當後指揮部下達了發射指令，火箭順利起飛，但不幸的是在起飛第68秒，火箭內部線路發生火災，一級發動機被迫關閉，失去動力的火箭在空中滑翔一段時間後最終墜毀在發射塔52公裡處。在隨後的調查中發現是由於火箭的飛控系統存在許多嚴重的設計缺陷和拙劣的控制邏輯，正是由於飛控系統的不可靠，錯誤發出指令最終導致了火箭發射失敗……

在第一次發射失敗後，蘇聯隨即準備進行第二次發射活動。1969年7月3日第二枚N-1運載火箭攜帶聯盟7K-L2號登月飛船再次從拜科努爾航天發射場升空，而聯盟號登月飛船則計劃在月球軌道對登陸地點進行拍攝後返回。開始火箭點火成功並順利起飛，但在火箭起飛到100米左右的空中時，火箭底部發生火災，並導致第一級引擎關閉，使得火箭最終墜毀在了發射塔上，並發生了劇烈爆炸，將發射塔及其附近一系列建築物統統摧毀，萬幸的事沒有造成人員傷亡。事後調查發現是由於火箭第一級的8號發動機渦輪泵在點火前發生破裂爆炸，導致火箭一級內部起火最終導致了火箭的整體爆炸……

在前兩次的發射失敗以及美國搶先一步載人成功登月後，蘇聯高層對登月計劃已然喪失了興趣。但在總設計師的強烈要求下N-1運載火箭還是準備開始第三次發射，在第二次失敗後研發人員對火箭的飛控系統和燃料管線進行了改進和測試，儘可能提高火箭發射的成功率。但命運似乎與N-1運載火箭開起了玩笑，1971年6月26日，N-1運載火箭攜帶聯盟7K-LOK登月飛船和登月艙進行第三次發射，發射失敗；1972年11月23日，N-1運載火箭攜帶聯盟7K-L3號登月飛船，進行了第四次也是最後一次發射，但發射依然失敗。種種技術失誤以及四次發射的全部失敗使得忍無可忍的蘇聯高層對N-1運載火箭及登月計劃完全喪失了信心，最終停止了N-1火箭的後續研發轉而將資金投向新型火箭及能源號與質子號運載火箭的研發之中……

美國篇

• 土星五號

「我們成功的將一艘驅逐艦送入了太空」。 1969年7月16日，「阿波羅11號」登月飛船由土星五號運載火箭從美國甘迺迪航天發射場成功發射並順利進入預定軌道。正式揭開了人類首次載人登月任務的篇章。而一位在場觀看土星五號運載火箭發射的科研人員難掩心中的喜悅說出了這句豪言壯語……

1961年4月12日，蘇聯太空人尤裡加加林乘坐「東方1號」載人飛船從拜科努爾航天發射場順利升空並在隨後安全返回，成為第一個進入太空的人類。而蘇聯的這一舉動也使得其對手美國突然發現自己在航天領域被蘇聯遠遠超越，而這是美國絕對不能忍受的，美國也隨即開始了自己的載人航天任務，但無奈由於前期不重視致使蘇聯在之後幾年中一路遙遙領先美國。而自詡世界第一強國的美國再也坐不住了，但面對蘇聯的領先，美國在整合全國航天資源組建NASA以及投入海量資金的同時，也選擇彎道超車，將其下一步的航天任務目標鎖定在月球，並認命著名火箭設計師馮·布勞恩開展新型登月火箭的研製工作。1961年5月25日，美國總統甘迺迪宣布美國將會在1970年之前將太空人送上月球，而這一席話更直接刺激了美蘇兩國在太空領域的競爭……

1962年，在布勞恩的帶領下，土星五號運載火箭的研製工作正式展開。隨後在數百億美元的資金投入以及數十萬人的共同努力下，承載著美國登月夢想的土星五號運載火箭終於在1967年11月9日開始了自己的首次發射，火箭順利從佛羅裡達州甘迺迪航天發射場升空，圓滿完成首次發射活動，為之後美國進行的一系列載人登月活動打下了基礎。土星五號運載火箭高110米，箭體最大直徑10.1米。值得注意的是土星五號第一級採用了五臺新型F-1液氧/煤油發動機，相較於蘇聯N-1運載火箭第一級採用多達30臺KN-15發動機，土星五號運載火箭完美的展示了當時美國強悍的工業設計及頂尖的生產能力。強勁的N-1動力推進裝置賦予了土星五號高達3408噸的總推力，滿載狀態起飛時，其最大起飛重量為3038.5噸，在執行近地軌道發射時，土星五號最大運載能力為118噸，在進行登月飛行任務時，土星五號可將45噸送入預定軌道，其整體可靠性及各項性能指標遠超蘇聯同時期的N-1運載火箭，土星五號也代表了同時期人類頂尖的科技研發實力。

在隨後的1968年4月4日到1969年5月18日，土星五號進行了四次發射任務，並全部取得成功，幫助美國在與蘇聯的登月競賽中取得領先，尤其是在1969年5月18日土星五號成功將「阿波羅10號」載人飛船送入月球軌道，進行了除登月外的全部飛行演練測試，為隨後「阿波羅11號」的首次載人登月積累了寶貴的經驗。

1969年7月16日，註定是載入人類航天史冊的一天。下午13時32分，土星五號搭載「阿波羅11號」登月飛船成功將尼爾阿姆斯特朗、奧爾德林在內的三位太空人送入太空，在歷經了近四天的飛行後，1969年7月20日下午4時17分43秒，「阿波羅11號」登月飛船搭載的鷹號登月艙成功降落在月球表面，而尼爾阿姆斯特朗則成為第一位踏上月球表面的人類，至此實現了人類長久以來的登月夢想。而「阿波羅11號」登月飛船則在1969年7月24日順利返回地球……

有了首次載人登月的經驗，在隨後1969年11月14日至1972年12月7日三年時間裡，土星五號進行了6次發射，並全部取得成功（「阿波羅13號」失敗原因不屬於土星五號運載火箭），截止到阿波羅計劃取消時，美國一共將12名太空人送入月球並安全返回。

伴隨著蘇聯登月計劃的取消以及阿波羅計劃耗資巨大，有心無力的美國決定停止剩餘阿波羅登月計劃的實施，而這也就意味著專為登月而生的土星五號運載火箭即將來臨英雄無用武之地的尷尬局面。1973年5月14日，土星五號運載火箭迎來了自己迄今為止的最後一次發射任務，將美國首艘空間站——「天空實驗室1號」送入預定軌道。至此土星五號運載火箭結束了自己全部發射任務，17次發射全部取得成功，為美國阿波羅登月計劃劃傷了圓滿的句號……

土星五號運載火箭不僅在當時代表了人類在航天領域的最高技術和成就。即使放在今天，在各項技術性能上土星五號對各航天強國現役的一眾運載火箭仍具有碾壓性的實力。從1962年土星五號運載火箭正式開始研製到1973年停止發射，土星五號的研發總撥款高達65億美元，1966年則達到歷年最高，僅一年就撥款超過12億美元。正是因為海量的資金支持以及最高峰時超過30萬人為其服務，土星五號才能在短短的數年間完成全部研發，幫助美國實現對蘇聯的載人登月計劃的彎道超車……