[科普中国]-第聂伯号运载火箭

发展历史

第聂伯号运载火箭，是俄罗斯与乌克兰在R-36M洲际弹道导弹（北约代号SS-18“撒但”，START-1中称为RS-20）基础上改造而成的一种运载火箭。R-36M是苏联所研制的最大的重型陆基洲际导弹。按美苏第一阶段削减战略武器条约（START-1），这种导弹应被销毁。俄罗斯与乌克兰两国政府决定开发这种导弹的商业价值，对将其改装为商用运载火箭进行了专门研究，于是产生了第聂伯号火箭。

第聂伯号的发射服务提供商是ISCKosmotras公司，这是一家俄罗斯、乌克兰和哈萨克斯坦的合资企业。市场开发交由美国企业ATK锡奥科尔公司进行。由于火箭的发射费用非常低廉（仅有800~1100万美元），所以很有竞争力。第一次发射在1999年4月21日进行，将一颗名为UoSAT-12的小卫星成功送入轨道。

2013年11月21日，俄罗斯用一枚“第聂伯”运载火箭顺利发射了多颗卫星。根据计划，本次发射的一颗意大利卫星在入轨一个月后，还将释放出其携带的多颗子卫星，使发射载荷总数达到32个，超过美国19日“一箭29星”的世界纪录。

2014年6月“第聂伯”运载火箭将发射33颗卫星包括俄罗斯、哈萨克斯坦、西班牙、沙特阿拉伯、日本、意大利、加拿大、美国、荷兰以及阿根廷的卫星。1

火箭前身要了解“第聂伯河”运载火箭，首先要介绍一下其前身 SS- 18战略导弹。SS- 18战略导弹是苏联第三代洲际弹道导弹，俄方代号为 P- 36,导弹编号为 PC- 20,北约称其为“魔鬼”或“撒旦”。该导弹是在苏联第二代战略弹道导弹 SS- 9的基础上研制的，是当今世界上装备的最大的洲际弹道导弹，使用二级液体可储推进剂火箭发动机。

该导弹全长 36.5 m，弹体直径 3 m，重量为210 t，采用地下井冷发射方式发射。该导弹有 5种型号，基本结构大致相同，但在具体性能上却有较大的差别，其最大的不同之处在于所携带的弹头数量与质量。Ⅰ型为单弹头，1975年开始装备部队，射程为12 000 km，当量为 2 400万吨，命中精度为430 m，投掷重量为 6 100 kg。Ⅱ型为分导式多弹头，1976年开始装备部队，射程为11 000 km ,共携带 8个或 10个弹头，每个弹头当量为 55万吨，命中精度达 420 m,投掷重量为 6 800 kg。Ⅲ 型为单弹头导弹，1976年开始装备部队 , 射程为 16 000 km，弹头当量为 2 000万吨，命中精度达 350 m，投掷重量为 5 000 kg。Ⅳ型为分导式多弹导弹 ,射程为 11 000 km，共携带 10个弹头，并有诱饵和其他突防装置，每个弹头的当量为50万吨，命中精度达245 m，投掷重量为7300kg。V型为试验型导弹，携带有 3个机动式子弹头 ,但未装备部队。SS- 18是世界上核弹头当量最大的洲际弹道导弹，突防能力强，曾是苏联战略核力量的主力。该导弹的主要特点是采用冷发射方式 ,主发动机在导弹离开发射井之后才点火，因此，这种导弹发射井具有迅速再次装填能力。同时，导弹都安放在发射井中的发射容器内，这种容器可减少首次发射给发射架造成的破坏，从而也能够给发射架再次装弹。2

改装初衷俄罗斯进入航天发射市场并不容易，因为遇到了一系列的困难，如国家缺乏投资航天规划的巨额资金，或者与西方国家的利益发生冲突，这些国家不想看到一个新的巨大竞争对手的出现并超过自己。为了打进市场，俄在现有财政条件下，认为利用退役导弹并将其改进成运载火箭最为有利。这样，只要投入极小的资金便可获得更大的效益。

一方面 ,尽管俄罗斯的运载火箭与美国及欧洲的火箭在性能和级别上相近，但在只有部分发射订货的情况下，很难与其进行有效的竞争。而另一方面，现在各国都在积极发展信息与通信网络 ,也就需要向近地低轨道发射大量的通信卫星。可以说，卫星发射市场前景极为广阔。

俄罗斯、乌克兰和美国的专家对发射市场进行调查后认为，最为适宜的火箭是用SS- 18改装成的轻型运载火箭，它保证向轨道上发射大量的卫星。根据第一阶段战略性进攻武器条约，308枚 SS- 18导弹中的1/2应被缩减，而如果第二阶段战略性进攻武器条约被批准，那么到 2001年，所有的该型导弹都将被销毁。为此，俄在下戈罗德
市的苏罗瓦季霍村建立了销毁 SS- 18的基地，但将此种复杂的导弹技术装备只分解成金属是极不合算的。因此，将其改装并向低轨道发射卫星是其最好的出路，同时，SS-18也是世界上战术技术性能最为出色的导弹之一，这从其无数次成功发射便可证明。该火箭的原型SS-18导弹成功进行了157次发射，足以证明其高度的可靠性，其
最后一次发射是在 1998年 4月进行的。

重达 210 t的 SS- 18导弹具有较大的能量余度 , 可改装成一次能发射4 t多重有效载荷的运载火箭。作为战略导弹，它可全天候使用 , 并在昼夜任何时候发射。在发射井中，SS-18导弹可处于燃料填充的一级战备状态。将导弹改装成运载火箭，比制造新型火箭花费较少，同时也可节省下销毁这一导弹的费用，变废为宝，一举两得。因此，相比来讲 , 此种火箭发射的价格较低，这也是外国订户青睐俄罗斯火箭技术的原因之一。卫星的发射可在拜科努尔的发射阵地上进行，即可根据需要进行单枚火箭的发射，也可进行多枚同时发射。2

型号第聂伯号火箭包含三种型号：第聂伯-1，第聂伯-M和第聂伯-3。其中只有第聂伯-3装备了上面级。火箭都使用苏联洲际导弹常用的剧毒可贮存液体推进剂。

基本参数

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外型和质量参数

第一级

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第二级

第三级

第四级

运载能力

综合评价第聂伯号的发射均采取地下井冷发射方式，利用原有的导弹发射井，因此几乎不受气象条件的影响。由于第聂伯号运载火箭的发射费用非常低廉（仅有800~1100万美元），所以很有竞争力。第聂伯运载火箭可将4500千克的有效负载送入近地轨道，或者将550千克的有效负载送入月球转移轨道，而其搭载的航天器可将450千克的有效负载送入火星。1

发射失败7月26日，宇宙运输国际航天公司经营的第聂伯1火箭在拜科骜尔发射场发射18颗小卫星时失败。弟聂伯1火箭由退役SS-18导弹改装而成，该火箭从一个地下导弹发射井起飞后不久便出现了放障。火箭第一段起飞后86础过早关机，据预定关机时闻还差约10秒。星箭坠毁在距发射台约150千米处，但没有人员伤亡的报道该火箭第一级采用的是一台四室RD-264发动机，此次发射曾准备在6月份进行，但因火箭准备中发现问题而推迟，并换用了备份火箭。第聂伯1火箭此前进行的6次发射均取得成功，自1999年投入商业发射以来已浅功把23颗卫星送人太空。3

8 月 9 日，俄罗斯航天局新闻秘书伊格尔·巴纳林对媒体宣布，在“第聂伯”火箭坠毁地区，有 7%的居民健康状况出现了轻度异常。7 月 26 日，携带 18 颗卫星的俄罗斯“第聂伯”火箭因第一节发动机出现故障，升空 74 秒后
在距离哈萨克斯坦拜科努尔发射场西南 150 公里处坠毁。由于升空时间很短，火箭坠地时有大量燃料外泄。由“白杨－20”洲际导弹改造而成的“第聂伯”火箭，燃料总量为 150 吨，且主要成分为剧毒的庚基物质等。有关研究显示， 1 升水中如含有 10 微克庚基就能致人死亡。俄罗斯科学家估计，火箭坠毁后泄出的燃料会超过 60 吨。因此，坠毁地区的生态安全与居民健康成为世界关注的焦点。

事发后，俄哈两国迅速组成专家组，对附近地区生态安全及居民健康状况展开了调查。 9 日，俄罗斯航天局新闻秘书伊格尔·巴纳林宣布，俄罗斯与哈萨克族的联合专家小组对坠毁地区 2000多名居民进行体检后发现，其中 7%的人健康状况出现轻度异常，具体表现为在胆红素正常情况下转氨酶指标高于正常值。巴纳林强调，虽然指标高于正常值，但目前还没有出现任何临床症状。巴纳林同时透露，截止到 8 月 20 日，所有的火箭与卫星碎片都将被收集后运送到拜科努尔发射场的专门修理库，专家将在那里对它们进行深入研究。4

一箭37星北京时间6月20日3时11分，“第聂伯"火箭从俄罗斯境内杜巴罗夫斯基发射基地的发射井发射，采用“冷发射”方式，在火箭第一级出井后发动机点火，成功将37颗卫星送入高630千米、倾角98度的目标轨道。其中，33颗卫星以精确的30秒时间间隔在轨相继部署，从而避免了碰撞；另有1个装载了4颗卫星的母体航天器也被部署，并在随后不久释放了4颗卫星。

37颗卫星分别来自4大洲17个国家，大部分是用于环境和安全目的的地球成像卫星。其中，最大的2颗卫星分别是西班牙Elecnor Deimos公司的Deimos 2卫星（重300千克，分别率0.75米）和哈萨克斯坦的KazEOSat2卫星（重180千克，分辨率6.5米）。

“一箭多星”发射受到广泛关注的一个重要原因是能在其基础上完善分导式多弹头技术，这在军事方面有着极其重要的战略意义。多弹头技术促进了20世纪70年代美国与苏联两个军事大国“相互确保摧毁”威慑格局的形成，成为双方导弹技术先进与否的主要标志，也是美苏维持大国地位和称雄世界的筹码。近年来，美国与俄罗斯在“一箭多星”上竞争，有专家认为“实际上是在展现各自的分导式多弹头技术”。

特别是随着美国加紧部署导弹防御系统，俄罗斯越来越重视发展多弹头技术。俄罗斯在“一箭多星”上一再超越美国，保持世界第一，无疑将增强其对以美国为首的西方国家的战略威慑。

此次“第聂伯”火箭以精确的30秒时间间隔部署卫星，展示了俄罗斯卫星释放技术的先进性。从技术上看，“多星分时释放技术’’是卫星分离技术的一大突破，完成这一技术的关键设备在于时间程序机构的应用，即通过时间程序控制爆炸螺栓按照预订的程序释放卫星。这一时间间隔是经过严格计算的，因此“一箭多星”的难点是如何精确控制爆炸螺栓准时工作。俄罗斯能够一再打破卫星发射数量的纪录，表明其‘‘多星分时释放技术”巳达到非常成熟的水平。

除上述影响外，“一箭多星”还具备降低卫星发射成本的巨大优势。当前，不断攀升的发射成本巳经成为制约大规模利用太空的关键因素，同时技术进步以及"分离模块”概念的提出，使得卫星小型化成为一个重要方向，而且用于试验和技术测试的低成本微小卫星也需要更多的发射机会。在此背景下，“一箭多星”的优势将愈发明显。“一箭多星”可以充分利用运载火箭有限的负载量，非常适合以搭载方式发射小型卫星，增加了发射载荷的数量，从而降低单颗卫星的发射成本。5