[科普中国]-月球号运载火箭

简介

月球号运载火箭简称月球号，是前苏联研制的东方号系列火箭之一 1 ，所属国家为前苏联/俄罗斯。月球号运载火箭为两级火箭，一子级并联有4个液体火箭助推器。它由“卫星号”的助推器、一子级加上新的二子级和整流罩组成。一子级和二子级之间用桁架式级间段连接，采用热分离方法实现一、二子级间的分离。 2

技术性能1、级 数：2+4枚助推器；

2、全 长：33.5m；

3、底部最大直径：10.3m；

4、起飞 质量：279t；

5、起飞 推力：4002.5kN；

6、推 重 比 ：1.46；

7、运载能力：绕月轨道360kg。 2

三级火箭助推器

1、长度：2.4m；

2、直径：2.58m；

3、质量：≈0.7t。 2

一子集

1、 级 长 ：28.75m；

2、 直 径 ：2.95m；

3、 起飞 质量 ：97.3t；

4、 结构 质量 ：7.8t；

5、推进剂质量 ：89.5t；

6、 发 动 机 ：РД-108；

7、 推 进 剂 ：液氧/煤油；

8、 海平面总推力：745kN（额定值）；

9、 真空 总 推力：941.8kN；

10、真 空 比 ：3090.2N·s/kg；

11、工 作 时 间 ：~320s。 2

二子集

1、 级 长：2.98m；

2、 直 径：2.58m；

3、 子级 质量：8t；

4、 结构 质量：1.1t；

5、 推进剂质量：6.9t；

6、发动机：РД-448初型；

7、 推进剂 ：液氧/煤油；

8、真空推力：49.1kN；

9、 真空 比冲：3100N·s/kg；

10、工作 时间：430s。 2

整流罩1、 全长：19.8m；

2、 直径：2.68m；

3、 起飞质量：43×4=172t；

4、 结构质量：3.5×4=14t；

5、 推进剂质量：39.5×4=158t；

6、 发动机：4台РД-107；

7、 推进剂：液氧/煤油；

8、 海平面总推力：821×4=3284kN；

9、 海平面比冲：2491.7N·s/kg；

10、工作时间：120~140s。 2

总体布局东方号系列月球号运载火箭是“东方号系列”运载火箭中的第二种型号。它是世界上第一种发射月球探测器的火箭，也是第一种达到第二宇宙速度的运载火箭。它由增大推力的“卫星号”运载火箭助推器和一子级加上新研制的二子级构成，用来向月球发射探测器、拍摄月球背面照片和在近月轨道上进行科学实验。在发射第一颗人造地球卫星之前，苏联就开始研究用火箭探测月球和实现载人航天的问题。1958年初正式确定实施“月球工程”。

首次发射1959年1月2日，“月球号”火箭首次发射成功，把质量为362kg的“月球1号”（Луна-1）探测器送入靠近月球的日心轨道。“月球1号”探测器从距月面约5000km处飞过，成为世界上第一颗人造行星。在首次发射成功之前，“月球号”运载火箭曾经历了4次发射失败。“月球号”运载火箭共发射了10次，均从拜科努尔发射场发射，仅有3次发射成功。

1959年9月12日，“月球号”火箭发射了质量390kg的“月球2号”探测器，首次实现月球硬着陆。同年10月4日，又发射了质量280kg的“月球3号”探测器，拍回了月球背面的第一张照片。至此“月球号”运载火箭完成了任务。后期的“月球号”探测器质量较重，改用“闪电号”运载火箭（“月球4号”~“月球14号”）和四级型“质子号”火箭（“月球15号”~“月球24号”）发射。 2

级间分离方案按照一般的反作用原理，第三级液体火箭发动机应在第二级关机和两级分离后才启动工作。然而，设计师
们选择了另一种分离程序，即在第二级尚处于工作状态时，第三级发动机就以小部分推力启动工作。这样，上面级可以避免在失重条件下启动，而是在过载作用下和受控状态下就开始点火。这种方案的另一个好处是，上面级气流的作用下有利于推开已关机的第二级。此外，只有在第二级发动机达到推力终止的瞬间之后，上面级发动机才转为全推力工作状态。随后才发出指令，打开芯级与上面级之间的联锁。苏联人称这种方案为“热分离法”。

采用 这种方案存在一个散热问题。因为有卫星号火箭的芯级与有效载荷舱之间的过渡段是硬铝整体结构，如采用热分离法，上面级点火后的火焰将直接喷射到第二级的顶部，热量无处扩散。为此，设计师们把第二、三级的级间段改为钢制桁架结构。第二级 ( 即芯级) 顶部装有钛制反射器。上面级点火后，喷出的气焰就冲向这个反射器，由它把火焰气流穿过桁架均匀地反射到空间，从而保护芯级不致烧坏和爆炸。

为使有效载荷免受气动加热，运载火箭头部装有高强度轻质铝材制成的整流罩。整流罩与上面级之间的联锁 打开时，罩体就沿纵向分为两半，并靠弹簧顶杆抛出。3

背景资料前苏联研制的“东方号”系列火箭包括“卫星号”、“月球号”、“东方号”、“上升号”、“闪电号”、“联盟号”、“进步号”等型号，后四种火箭又构成“联盟号”子系列火箭。东方号/闪电号/联盟号是前苏联/俄罗斯历史最悠久、发射次 数最多的运载火箭系列，至今仍在使用。它们都是以卫星号运载火箭为基础发展起来的，按所谓的谢尔顿编号，统称为A系列火箭。

卫星号是苏联发射世界上第一颗人造地球卫星所用的火箭，是由苏联的55一6洲际弹道导弹改装的，美国国 防部代号为SL-1/2，谢尔顿代号为A。该计划开始于1956年，由科罗廖夫设计局总负责。它是美、苏争夺航天技 术第一及政治、军事优势的产物。为美苏激烈竞争的形势所迫，这项计划的进展很快，于1957年10月4 日发射了人类历史上第一颗人造地 球卫星。卫星号火箭为一级半结构，由芯级和4个捆绑助推器组成，共有20台主发动机 和12台游动发动机 , 推进剂为液 氧/煤 油。火箭全长29.17米，起飞质量267吨，起飞推力3900千牛。它的低地 轨道运载能力1300公斤，但所发射的第一颗卫星仅重83.6公斤，1958年发射的第三颗卫星重1327公斤。卫星号运载火箭共发射了3次，发射场在丘拉坦。

为了发射更大、更重的卫星和载人飞船，前苏联在卫星号的基础上又先后发展了东方号、闪电号和联盟号运 载火箭。这几种火箭同属一个系列，基本结构相似(如图所示)。这些火箭计划均由科罗廖夫设计局总负责，格鲁什科设计局负责研制第一、第二级发动机，科兹贝格设计局负责研制第三级发动机。东方号于1959年首飞，曾发射了前苏联第一个月球探测器和世界上第一艘载人飞船，后来主要用于发射东方号飞船、宇宙号卫星、极轨遥感卫星、气象卫星、科学卫星和电子侦察卫星。1988年3月，东方号火箭进行了前苏联首次商业发射，将印度遥感卫星IRS-1A送入太阳同步轨道。东方号火箭为两级半结构，基本上是在卫星号的基础上增加液氧/煤油第二级，其低地轨道运载能力为4730公斤，太阳同步轨道运载能力为1840公斤，发射率为1至5次。它最初是在丘拉坦发射场发射，后来也使用普列谢茨克发射场，目前已不再使用后者。4

“东方号”系列运载火箭是世界上第一种载人航天运载工具，发射了第一颗人造卫星、第一颗月球探测器、第一颗金星探测器、第一颗火星探测器、第一艘载人飞船、第一艘无人载货飞船“进步号”等。“联盟号”子系列火箭，主要发射“联盟号”载人飞船、“进步号”载货飞船、照相侦察卫星、地球资源卫星和生物卫星等。 1