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偷个美国航天飞机?

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牧夫天文 2021-04-10 11:40
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原创:王延昕

校对:Jack Tong

编排:文飞洋

后台:库特莉亚芙卡 李子琦 徐玖坤

https://www.sandboxx.us/blog/buran-how-the-soviets-stole-the-space-shuttle/

https://www.nbcnews.com/id/wbna18686090

https://www.buran-energia.com/

正值美国航天飞机发射四十周年,我们今次要讨论的却不是他鹰酱的航天家底。那还能有谁的呢?

尽管美国的这种发射航天飞机的方式并不如原本计划的那样省钱,但该计划是如此成功,以至于它引(迫)诱(使)苏联人决定建造自己的航天飞机。尽管现今大多数人都不知道或已忘却,但他们确实做到过:苏联航天飞机真的飞到过太空。

左右两张图中的航天器相似度之高是不是毋庸置疑的?

图源:Reddit网友BlueGalaxyDesigns

01

美国人发射了新玩意儿

就在整整四十年前的1981年4月12日,美国国家航空航天局(NASA)的哥伦比亚航天飞机矗立在发射台上发出震耳欲聋的轰鸣声。当航天飞机的三台强大主发动机点火时,它们在25秒就可以燃尽一整个游泳池中的燃料,并以惊人的3,700万马力将2000余吨重的航天飞机推向天空。在短短的八分半钟之内,航天飞机就能消耗掉其巨大的油箱中的所有燃料。

(小知识:美国航天飞机的主燃料箱在STS-1和STS-2任务中都是白色的,直到STS-3才改为橙色。)

对美国来说,哥伦比亚首次发射成功是令人激动和骄傲的,但在地球的另一端,莫斯科充满了沮丧。由于美国对太空穿梭计划采取了相当公开的方式,使得苏联能一直眼睁睁地看着美国的航天飞机计划一步步走向成熟。实际上,哥伦比亚号首次发射之际,苏联人已经开始了本国航天飞机开发计划,而日后我们会发现苏联这种航天飞机与NASA的有着惊人的相似之处。

1981年4月12日,美国哥伦比亚号航天飞机发射升空,开启了一个载人航天的新时代。

02

冷战助力

1976年在建的企业号航天飞机(图源:NASA)

美国航天飞机计划的起源可以追溯到阿波罗计划时代,但直到1972年这个概念才真正向公众展示。随着NASA的努力该计划初具规模,苏联人再也憋不住了。苏联军事工业委员会(VPK)负责人弗拉基米尔·斯米尔诺夫(Vladimir Smirnov)与当时的苏联领导人列昂尼德·勃列日涅夫(Leonid Brezhnev)于1974年在克里姆林宫举行了一次秘密会议讨论怎么应对美国人的新玩具。

尽管美国人一直在努力地将自己的太空计划打扮成对科学和民族自豪感的追求,但航天飞机这种运载工具在军事上的应用是显而易见的。美国的航天飞机将允许发射更大,更复杂的间谍卫星,允许机组人员飞入轨道进行维护或修理,最重要的是,航天器本身可以被重新使用,从而在理论上降低了轨道运行成本。苏联领导层中也有人担心这种新的航天器会被用作某种轨道轰炸机。

在会议上斯米尔诺夫表达了担忧: “这玩意就像飞机,有能力通过侧向操纵改变轨道,使其在适当的时机在莫斯科上空出现,舱内还可能载有危险物品!”

就像美国的国防官员可能高估(或故意夸大了)苏联各种军事和技术计划所构成的威胁一样,斯米尔诺夫及其支持者也知道,向领导人夸大美国航天飞机对苏联的威胁符合VPK的最大利益。

一位俄罗斯记者曾写道:“他们开始用美国航天飞机来吓唬勃列日涅夫,并向他解释说,这种该死的航天飞机可以随时造访莫斯科,把克里姆林宫炸得稀巴烂然后飞走。” 惊吓后的勃列日涅夫果然中招了:“苏联也需要这种武器!”

冷战后期,高低已分。军力制霸既可以作为获得军事优势的方式,也可以作为验证各国各自经济模式的公共手段。美国人在军力和航天上一次又一次的成功让苏联人无法匹敌,这种美国式的成功被莫斯科领导人视为应支持资本主义的事实论据。

实际上,承认他们不能建造自己的航天飞机就意味着承认苏联体系在科学、工程和材料方面都不如美国政府模式。这种意识形态冲突是冷战的基石,就在苏联因自身失败而倒台前十年,情况就已经开始显得黯淡。苏联急需一次胜利,斯米尔诺夫能够说服勃列日涅夫相信苏联的航天飞机将会是这样的一次胜利。

03

秘密航天飞机计划开始

苏联暴风雪号航天飞机

图源WikiMedia Commons

到1976年初,苏共中央委员会和苏联部长会议批准了开发全新航天飞机的多个计划。领导这项秘密行动的是上将亚历山大·马克西莫夫上校,他是一名军事官员,负责管理苏联现有的各个军事太空计划。另有两名科学家V.P. 格鲁什科 (V. P. Glushko)和格列布·洛齐诺·洛津斯基(Gleb Lozino-Lozinskiy)也肩负着领导这项工作的任务。但在其中所有涉及的计划中,被称为“ 暴风雪”(俄语为Буран,英语拼写为Buran)的航天飞机计划其军事意图极为明显。

能源号火箭(Energia)助推器计划的开发者尤里·西门诺夫(Yuri Semenov)说:“军方从我们这里订购了能源号-暴风雪号系统,对我们这个领域的任何人来说都不是秘密……在各个级别的会议上都说过,美国航天飞机即使在第一次运行中也可以进行横向机动,并可能载有危险物品飞过莫斯科上空。技术对等是必须的,我们需要有相同类型的火箭空间系统。”

最初,苏联人考虑重新启动先前的“螺旋”太空飞机计划。然而小型空间飞机概念的开发已经在十多年前结束,苏联官员指出,“螺旋”计划无法提供任何与美国航天飞机相匹敌的能力。

04

偷个航天飞机吧

临近1970年代后期,随着美国人在自己的航天飞机计划上取得稳步进展,苏联领导人意识到了自己的差距。如果他们想跟上NASA的步伐,他们需要找到一种加快设计过程的方法,而不必回溯到已取消的“螺旋”计划。废除“螺旋”计划的决定是基于其有限的能力,但研究航天飞机的进展令人精神崩溃,这使得许多人感到沮丧。

“螺旋是一个非常好的项目,但这对我们的政府来说只是犯了另一个错误。他们说,美国人[当时]没有航天飞机,我们也不需要有,于是我们的航天飞机被扼杀在摇篮里了。然而,在美国人实现了航天飞机后,他们立即要求有航天飞机。……我们的政府真的非常疯狂!”

-苏联宇航员格奥尔基·格列奇科(Georgi Grechko)

尽管相关人员感到沮丧,而且苏联几近崩溃,但当时,苏联的太空计划仍是世界上最好的太空计划之一。它的科学家和工程师在冷战太空竞赛的第一轮胜利中取得了一场又一场的胜利,使第一颗人造卫星、动物和人类在美国人之前进入了轨道。1969年的月球登陆让美国打出了关键一击,但苏联人离被KO还差得远。如果美国能够设计出航天飞机,那苏联人也完全可以这样做。唯一的问题是:他们能否足够快地跟上NASA的步伐?

NASA航天飞机和Buran航天飞机的外观如此接近

没有帮助独立完成?答案似乎是不可能的,但是苏联人对逆向工程美国技术并不陌生。例如在1950年代后期,苏联通过与中国达成的协议,获得了一枚击中中国战机却未爆炸的美国高性能空空导弹AIM-9响尾蛇(AIM-9 Sidewinder)。苏联人能够从所获单枚导弹中收集有关导弹技术的大量信息,并迅速将苏联版K-13空空导弹(北约编号AA-2,代号“蚜虫”)投入生产。但是,要偷整架航天飞机肯定不太可能……事实证明,他们不必这样做。

网友制作的三维对比图,可见两者在动力布局的差异。

图源:Reddit网友Energia91

让苏联人千恩万谢的是,NASA是一个民用机构,而且清晰地与美国军方划定了界限。尽管这种分界可能更多地是字面而不是功能(毕竟几乎每个太空工作都具有军事意义),但NASA并未像对待武器系统的发展那样对航天飞机计划保密。航天飞机的大量文件甚至计划的大部分都被认为是不保密的并且随时可供公众查阅。事实上,许多苏联人梦寐以求的技术文档就直接托管于商业数据库之中,而收集这些文档的努力成就其成为史上网络数字间谍第一案。

1985年美国中央情报局CIA在“苏联所获重要西方军事技术”的分析中认为,“苏联获得的文件涉及机身设计(包括设计分析的计算机程序)、材料、飞行计算机系统和推进系统。这些信息使苏联军事工业节省了多年的科学研究和测试时间,并节省了数百万卢布,最终他们开发出相似度极高的航天飞机。”

CIA指出,苏联已经为获得“美国航天飞机轨道控制系统上的文件”安排了五十万卢布预算(当时价值约14万美元)。加州理工学院,布鲁克林保利,普林斯顿,斯坦福,堪萨斯州,宾夕法尼亚州和俄亥俄州的航天飞机相关研究项目也被列为克格勃的目标。

美国国家安全局获悉,数据库中的信息对于苏联人来说是如此透明,以至于苏联人正在利用位于维也纳和赫尔辛基的两个东西方研究中心作为掩护,将信息收集到莫斯科,让那里的印刷厂“几乎一直在运转”。随后里根政府切断了苏联人通过商务部国家技术情报局和五角大楼国防技术情报局直接购买报告的权限。

“在此之前,他们只是从第16街的苏联大使馆转到北国会大厦和H街的政府出版社(GPO),向GPO提供他们从数据库中提取的文件名称和编号,付款之后取走文件返回大使馆。”一名情报官员说。

根据中央情报局的另一份报告,大部分情报随后流经的计算机中心位于莫斯科的苏维埃工商联合会,它被认为与克格勃有着很强的“联系”。该报告“合理地假设”该商会的计算机中心利用了西方的在线信息服务。

NASA放在网上随便看的航天飞机图纸

05

到达轨道

矗立发射台的编号为OK-1.01的暴风雪号航天飞机

有了所需的所有技术信息后,暴风雪的制造于1980年正式开始。短短四年间,苏联人就造出外观极为相似的航天飞机。尽管在外观上有明显的相似之处,但暴风雪号确实在许多重要方面背离了美国设计。

首先,苏联人并没有将航天飞机的主要引擎安装在本体内,而是选择将航天飞机简单地连接到超大推力能源号火箭上。它被设计和建造成可以无人驾驶,使其无需乘员即可完成轨道飞行任务。相比美国航天飞机最重要的变化也许是安装在飞机后部的四个喷气发动机,它们可以为航空器提供动力(美国航天飞机再入大气层后只能滑翔着陆)。但是,尽管我们在一些图片上看到暴风雪的试验机上装有这些喷气发动机,在首次轨道飞行中的OK-1.01上却没有。

编号OK-GLI的暴风雪号航天飞机试验机,机尾部分居然多装了四台苏-27战斗机用的AL-31喷气发动机,这样就无须大型运输机驮运便可自行起降进行测试。

1988年11月15日,即哥伦比亚航天飞机从肯尼迪航天中心升空七年半之后,暴风雪号航天飞机从哈萨克斯坦的拜科努尔宇宙飞船发射升空。苏联航天飞机上没有机组人员,这被认为是适当的预防措施。毕竟在1971年,三名宇航员在联盟11号太空船减压后死亡。在此四年之前的1967年五一国际劳动节前,宇航员弗拉基米尔·科马罗夫(Vladimir Komarov)在有史以来首次发射载人联盟号飞船时丧生。

就在那一天,暴风雪号在巨大的能源号火箭推送下第一次进入太空到达近地轨道,之后依靠自身动力它继续升到更高的轨道,然后绕地球两圈并开始重返地球。没有装备喷气发动机使得该架航天飞机不得不像美国航天飞机一样滑回贝科努尔国际机场的跑道。但是,与美国航天飞机不同,暴风雪号并没有机上人员来控制下降。

再入大气层后不久,暴风雪号依靠自主控制系统成功回到地面,完成被称为“完美无瑕”的降落。降落后经过仔细检查,其隔热效果似乎比美国的第一架航天飞机还要好。有了这次的成功,苏联人开始准备新的发射任务。但是天有不测风云……

是的,在暴风雪号第一次也是唯一一次成功的飞行之后第三年,苏联解体了。这意味着暴风雪号重返太空的任何希望都没有了。之后各机的命运真的悲惨得可以……

本应翱翔天宇的暴风雪们却身居残破的库房内慢慢腐烂老去

唯一发射成功进入太空的OK-1.01机一直存于库房内,于2001年被年久失修的库房屋顶砸烂。

左右两张图中的航天器相似度之高是不是毋庸置疑的?

图源:Reddit网友BlueGalaxyDesigns

唯有OK-OLI号试验机得以善终,现存于德国施派尔科技博物馆内

最后小编要对暴风雪号航天飞机感兴趣的同学们强烈推荐两个网站和一本书籍。

一个是https://buran.tass.com/,里面有可互动三维模型和与美国航天飞机的对比。

另一个是

https://www.buran-energia.com/,内有前苏联航天飞机计划的详细内容和图片,简直就是一部关于暴风雪号的万宝全书。

关于图书,航空工业出版社在2015年出版了一本《苏联“暴风雪”号航天飞机》。里面全面介绍“暴风雪”号航天飞机使命用途、发展历程、总体气动布局、结构材料、动力装置、机载统与设备、热防护系统、制造与运输、首次太空飞行任务等详细情况,大家有兴趣可以去看一看。

责任编辑:王延昕

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号:astronomycn

图片名称 Messier 106 (NGC 4258)

图片来源 NASA, Hubble Legacy Archive, Kitt Peak National Observatory; Amateur Data & Processing Copyright: Robert Gendler

谢谢阅读

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