上周五，俄罗斯从位于哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心成功发射了一枚“质子”运载火箭，将3枚格洛纳斯导航卫星送入太空，进一步完善了格洛纳斯导航系统的卫星群，使之接近达成全球覆盖。此次发射成功一扫2010年12月5日一箭三星失败的阴霾——那次事故中“质子”火箭运载的三枚卫星全部落入距离夏威夷一千五百公里的太平洋中，损失估计达到1.6亿美元。


正在进行星箭组装的质子火箭，可见三颗格洛纳斯卫星紧靠在一起


曙光号功能货舱，国际太空站的第一个组件，于1998年11月20日由质子号运载火箭从哈萨克的拜科努尔太空中心发射


星辰号服务舱，是国际空间站第3个被发射入轨的组件，提供了空间站一部分的生命保障系统和可供2名乘员的生活区，是空间站上俄罗斯部分结构上和功能上的中心，由质子号运载火箭于2000年7月12日发射升空

苏联——俄罗斯是数一数二的航天霸主，先后开发研制的运载火箭多达二十多个系列，总发射次数约为三千五百次。这些火箭系列中，质子火箭是推力大、可靠性也较好的之一，也是目前俄罗斯运载能力最强的火箭——拥有最大超过20吨的近地轨道运载能力，和5吨的地球同步转移轨道运载能力，堪称大力士。苏联从礼炮1号到礼炮7号再到和平号空间的所有核心舱段都是由其发射的，而国际空间站（ISS）的曙光号（Zarya）和星辰号（Zvezda）两个最早的核心舱段也是其送入轨道的。除了已经退役的航天飞机之外，质子号是目前唯一能够承担重型空间站发射任务的运载工具。与之相比，发射天宫一号的长征二号FT1型火箭，近地轨道运载能力只有8.6吨，直接限制了中国空间站的规模。正在研制中的新一代长征五号运载火箭，目标是近地轨道运载能力达到25吨，地球同步转移轨道运载能力达到14吨，但要到2014年才能首飞。

近地轨道（Low Earth Orbit，LEO），是指航天器距离地面高度较低的轨道，一般高度在2000千米以下。绝大多数对地观测卫星、测地卫星、空间站都采用近地轨道，比如神舟系列宇宙飞船、天宫一号、和平号空间站、国际空间站、各种气象卫星、已经退役的美国航天飞机等等。一个简便的判别方法是：如果该航天器上看地球始终是很大的一坨，甚至看得清细节，而不是很小的一个点，那么肯定是近地轨道。上图为航天飞机上拍摄的国际空间站，它的轨道高度只有三百多公里，地球看起来像个大饼


地球同步转移轨道（Geostationary Transfer Orbit，GTO）为椭圆形轨道，近地点多在1000公里以下，远地点则为地球静止轨道高度——36000公里。当需要卫星相对于地面的位置固定不动时（比如通信卫星），一般先用火箭把卫星发射到地球同步转移轨道上，再依靠卫星自身动力，在远地点附近实施变轨，加速运动到同步轨道上去。发射到这个轨道上的卫星一般不会在同步转移轨道上呆太久，最终目标是爬升到同步轨道上去。上图中一表示地球，二表示同步转移轨道，三表示同步轨道


地球同步轨道（Geosynchronous/Geostationary Orbit，GSO），是倾角为零的圆形地球同步轨道，在这样的轨道上运行的卫星将始终位于赤道某地的上空，相对于地球表面是静止的，卫星的地面高度约为36000公里。优点是卫星相对于地面的位置固定不动，覆盖范围很广，利用均布在地球赤道上的3颗这样的卫星就可以实现除南北极很小一部分地区外的全球通信。同一枚火箭，总是近地轨道的运载能力最强，同步转移轨道运载能力次之，同步轨道运载能力最低，因为直接把卫星发射到36000公里需要做的功大多了


质子火箭发射情景

质子火箭其实是一员老将，最初研制是在1961年开始的，距今已经半个世纪。当时研发报告打上去，蹲在克里姆林宫批文件的是如今早已作古的赫鲁晓夫同志。最开始质子火箭是当洲际导弹研制的，但是后来决定用于航天发射。最初质子火箭只有两级，后来改成三级，最终发展到四级。以此次一箭三星发射导航卫星的质子M型为例，一二三级燃料/氧化剂都是偏二甲肼/四氧化二氮，第四级为煤油/液氧。质子火箭最擅长的一直是低轨道大载荷发射任务，一般来说，三级型的用于发射重型空间站，四级型的用于发射大型通信卫星、行星探测器、导航卫星。当单个卫星重量有限的时候，经常采用一箭多星方式发射。俄国的格洛纳斯导航卫星系统，三代卫星总计超过七十颗，过半是质子火箭一箭三星发射上天的。最新一代的格洛纳斯K型卫星经过优化减重，将来准备用质子火箭一次打六枚上天，而另一员老将联盟火箭一次只能打两枚。


质子火箭起竖中

质子火箭的突出问题是一二三级所使用的偏二甲肼/四氧化二氮液体推进剂。一旦发射失败，泄漏的推进剂可能对环境造成污染。俄罗斯经常因火箭在发射后坠毁而与发射场地的所在国哈萨克斯坦进行交涉。近几年来，如果质子号发射失败，哈萨克斯坦就会禁止在拜科努尔发射这种火箭，直到问题解决为止。而拜科努尔是唯一能够发射质子火箭的场地，共有四个工位。这次发射圆满成功，第一级坠入哈萨克斯坦境内，第二级坠入俄国阿尔泰、图瓦地区，第三级坠入太平洋。因为都燃烧完全，所以残留污染应该不大。


黑色小方块所示拜科努尔航天发射场的位置，距中国边境约一千公里

到目前为止质子火箭已经发射370次，成功327次，失败43次，成功率接近九成。俄国航天发射总共约三千五百次，质子火箭占了十分之一强。仅仅质子火箭一个系列的发射次数，就超过中国和日本所有火箭发射次数的总和。上个世纪90年代后，俄罗斯开始向国际商业发射服务市场推销质子号火箭。1996年4月，质子号火箭成功发射了欧洲 “阿斯特拉”1F商业卫星。这是质子号的第一次国际商业发射。最近十年，质子火箭平均每年都要进行10次左右的发射，发射频率丝毫不次于联盟火箭（联盟火箭有向国际空间站发射货运飞船和载人飞船的定期任务），成为俄罗斯商业发射的主力军。据俄罗斯航天署署长说，航天发射已经成为俄航天部门的主要创收渠道之一，其中质子重型运载火箭每年带来的收入约为七亿美元。当然联盟号也不赖，由于美国航天飞机已经全部退役，俄方将从明年起独自担负运送宇航员往返国际空间站任务。这种运人员和送粮草的飞船都不重，用推力较小但可靠性更高的联盟号更加合适。根据美航天局与俄航天署不久前签署的一份合同，俄方将在2014年至2016年运送12名美国宇航员往返空间站。届时，每名美国宇航员往返空间站的平均票价将高达6275万美元。老毛子一贯以宰人为业，老美这样的肥猪来了，当然是有杀错无放过。