基本概述
旋風3號（SL-14）火箭在旋風2號運載火箭的基礎上增加了第三級，成為三級液體運載火箭。三個子級都採用雙組元可貯自燃液體推進劑硝酸和氧化氮化物/偏二甲肼。它不再隸屬於前蘇聯的太空武器計畫，但仍以發射軍用有效載荷為主。該火箭於1977年6月24日從普列謝茨克發射場首次發射，將“宇宙-921”電子偵察衛星送入近地軌道。旋風3號主要用於發射軍用衛星，包括電子偵察衛星、海洋衛星、測地衛星、“流星 Ⅲ”氣象衛星、6單元通信衛星，也發射部分民用衛星。其200/1500km軌道運載能力為4000kg，200/（3000~8000）km軌道運載能力為550kg。旋風3號僅從普列謝茨克發射場發射。
從1977年6月首次發射以來，旋風三號火箭到1989年3月底共發射了75次，成功73次，失敗2次，成功率達97.3%。至1994年底共發射成功110次。
旋風號火箭的由來
60代初，由M.K.揚格利領導的一個獨立設計局(586設計局,即現在的南方設計局)設計了幾種軍用火箭系統,同時以這些火箭為基礎,著手製造運載工具。於是,就在P一12(S一4涼鞋)和P一14(SS一5短)單級中程彈道火箭的基礎上研製了相應的小型運載火箭宇宙號一2和宇宙號一3。1965年8月，南方設計局根據政府的命令,以P一36(即ss一9懸崖洲際彈道火箭)為基礎開始製造兩級運載火箭,用以發射衛星。同時研究了加裝第3級的可能性和加裝第3級後火箭的運載能力。在利用P一12,P一14軍用火箭製造運載火箭時,為了獲得級間質量的最佳分配,設計了一個附加級,它保證了火箭的最大動力性能。但這一方案要求對火箭的結構和控制系統作大的改動,因而,需要更多的時間和資金。。
於是,M.K.揚格利設計局於1966年6月提出了一個以P一14、P一16、P一36為基礎設計運載火箭的全新方案。這就是增加一個CSM通用級的方案。這一方案的主要思路在於,使通用級及其運載的太空飛行器和頭部整流罩加在一起的體積和質量性能與軍用火箭戰鬥部的相同。這就有可能不需要去工廠再加工即可使用大多數軍用彈道飛彈作為運載火箭,儘管其動力性能會有所下降。這一建議預示著巨大的經濟效益。從196年開始,把一些過了保險期的洲際彈道火箭運到靶場,除去戰鬥部,把加注了燃料並帶有太空飛行器的通用級對接到火箭上,軍用火箭即變成了運載火箭。但是,M.K.揚格利的建議只是部分地被採納,因為當時的蘇聯部長會議已經決定,利用P一36火箭製造兩種運載火箭:一種兩級火箭,用來發射宇宙號和流星系列衛星;另一種三級火箭,作為一種小型通用火箭。1988年,把三級火箭命名為旋風號(Циклон),考慮到這種火箭的發展歷史,把它稱為旋風3號,把兩級火箭叫作旋風2號,而旋風1號則為利用P一16軍用火箭研製的、未完成的運載火箭。
技術特點
結構特點
旋風號運載火箭是一種典型的串聯結構。旋風2號和旋風3號火箭的第1級和第2級殼體結構是完全標準化的,均使用P一36軍用火箭的殼體和動力裝置。旋風3號的第3級使用的是C5M型通用級。它的結構採用的是封裝方案,在加注狀態下可長期貯存。為縮小第3級的外部尺寸,其動力裝置安裝在環形燃料艙之內。在級上裝有自己的自動慣性控制系統,它僅通過陀螺儀表軸的匹配系統與第1級和第2級火箭的控制系統相聯,通過交換指令和信號實現兩級控制系統的配合工作。
發動機
旋風3號運載火箭上的發動機使用偏二甲脫和四氧化二氮自燃組元作推進劑。第1級和第2級動力裝置由主發動機和控制發動機組成。第3級主發動機依給定的飛行線路不同,可一次起動或二次起動。第3級的飛行控制靠主發動機渦輪泵燃氣發生器的八個固定小尾噴管來實現。在主發動機關機飛行段,其方向控制靠10個小推力液體火箭發動機來完成。為保證主發動機在失重條件下起動,在第3級的燃料艙內裝有特製網狀隔板。在主發動機二次起動之前,使用液體反推系統一起動保證組件,造成縱向加速度,使燃料移到吸液裝置處。第3級藉助於專用的過渡段與第2級對接,並把頭部整流罩固定在過渡段上。頭部整流罩長9.5m,直徑2.7m,有效載荷容積19立方米,其中15立方米在直徑24m的錐體內。整流罩可在發射前5h安裝。
控制系統
旋風3號火箭沿著“硬”彈道把太空飛行器送上給定的軌道。彈道參數以火箭速度和航向角隨時間的變化程式的形式儲存在控制系統的存儲器內。飛行中,控制系統藉助於本身的慣性測量儀確定火箭運動參數的實際值,把它們與設計值相比較,算出控制信號,靠這些信號改變火箭速度和航向角,使之與設計值相符。彈道飛行程式是預先設計出來的,並在火箭製造過程中存人彈上儀器的存儲器內。在火箭的射前準備過程中,發射場的彈道專家們編制飛行任務書,其中指明所需要的火箭運動程式和控制系統的校準參數。飛行任務書數據於射前準備工作的最後幾分鐘,存入火箭控制系統的存儲器內。
分離技術
旋風3號火箭從非旋轉發射裝置上發射。發射後,火箭沿縱軸轉動一定的角度。火箭第1級和第2級採用半熱分離方案:第2級的控制發動機在第1級分離前起動,而主發動機則在第l級分離並達到安全距離後才起動。頭部整流罩在第2級工作段,並穿過稠密大氣層後拋掉。火箭前兩級的工作時間與最終軌道高度無關,是根據分離級和整流罩墜落區的分布情況來確定。太空飛行器所需要的軌道是由第3級來達到的。第3級擁有巨大潛力,可實現最佳動態彈道,把太空飛行器送上任何給定近地點的圓形和橢圓形初始軌道。為此,第3級設有發動機起動時間、工作時間和起動次數等控制系統。
發射系統
旋風3號運載火箭的發射系統設在普列謝茨克航天發射場。該系統可用來進行小型運載火箭的射前準備工作,並向150一orookm高度範圍內的圓形和橢圓形軌道發射科學衛星、套用衛星、商業衛星和軍用衛星等自動太空飛行器。該系統包括由兩個發射裝置組成的敞開式地面發射陣地、技術陣地、固定式燃料加注站和火箭第3級封裝站等設施。
技術陣地接收、維護、貯存火箭,並作好發射前的準備。它與發射陣地相鄰,是一個建築群,其中安裝有專用工藝設備和技術設備系統,保證完成各種類型的射前準備工作。在一年四季和晝夜任何時間、任何氣象條件下(雨、雪、冰雹、霧、塵)、周圍氣溫﹣40一+50℃,地面風速20m/S等惡劣條件下,均可發射火箭。發射陣地上的地面工藝設備系統可以高度自動化地完成射前準備工作而極少需要人參與。從火箭運抵發射台到火箭起飛,完全不需要人在發射台旁工作。像地面和箭上電器設備之間的電接頭、燃料加注管路接頭的對接和拆卸、火箭燃料組元的加注和泄出這樣一些危險的操作,是完全自動化地完成的,只從遠距離監控這些操作過程。
套用評價
試驗套用
旋風3號運載火箭的飛行試驗於1977年6月24日至1979年2月12日在普列謝茨克發射場進行,共發射六次,獲得成功。這種新型火箭系統原計畫代替宇宙號一3和東方號兩個舊型號,但直到1980年1月,當時的蘇聯部長會議才頒布命令投人使用。然而,旋風3號火箭實際L長期處於“失業”狀態。直到1983年才開始發射太空飛行器,完成原來由東方號火箭承擔的任務。至1992年12月25日,已完成了86次發射任務,發射成功率達到97.3%。現在的發射任務包括:向中高極軌發射流星、海洋、季風等衛星和自動通用軌道站,進行地球和太陽物理領域的基礎研究。此外還為國防部發射偵察衛星,包括低軌道通信衛星。旋風號一3運載火箭的價格約1000萬美元(1987年價)。
發展前景
旋風3號的套用前景如何?還在1979年1月在普列謝茨克發射場舉行的一次總設計師會議上就研究過這個問題。那時曾宣稱,旋風3號是世界上最好的輕型運載火箭之一。儘管發射場處於高緯度地區妨礙它向地球靜止軌道發射太空飛行器,但也創造了非常有利的條件,使其能向極地軌道和太陽同步軌道發射太空飛行器。在極地軌道上的衛星系統(即軌道平面與赤道之間的夾角近90°),能夠無遺漏地進行全球通信和對地觀測,而從靜止軌道僅能保證南北67°之間的通信和對地觀測。向極軌發射不存在問題,現正計畫向極軌發射的衛星有俄國的信使和美國的銥低軌道衛星通信系統。
由於旋風3號的動力優勢,沿平面軌跡發射,可以把現有的大多數太空飛行器和未來新型太空飛行器送上太陽同步軌道,但這樣,運載火箭要飛越加拿大和美國上空。向西南方向發射也不適宜,因為那裡是俄國稠密居民區,剩下的只有一種方案,即沿著現有的發射區發射火箭,發射後,靠火箭第3級在空間的機動飛行,把衛星送上太陽同步軌道。其代價是有效載荷質量有所減少。
在前述的總設計師會議上還提出了第3個發展前景及其在最短時間內實現的可能性。因為火箭第3級一C5M級還在草圖設計階段就規定了它的空間機動飛行能力。但在飛行試驗開始前未能實現,而且在1968年提出的戰術一技術任務書中沒有規定這種機動能力。其結果是,後來再補加控制系統,為此又要求有新的火箭設計任務書。這是由於在發展空間運輸系統中缺乏統一的總體考慮,以致使旋風號一3火箭的改進建議被埋葬了。儘管如此火箭保留了很大的改進餘地。
1990年開始了提高運載火箭生態清潔度計畫,即“艾科斯”計畫。在這一計畫框架內對旋風3號火箭作了改進,火箭第1級貯箱內的燃料剩餘量減少了三分之一,也相應地減少了其墜落時的污染程度。燃料剩餘量的進一步減少,則要求對火箭各級的結構作若干改進。
由於火箭第1級和第2級的動力儲備和第3級的模組化結構,有可能把旋風3號發展成為一種飛行實驗室。除用它發射太空飛行器之外,可以試驗火箭的生態安全系統,試驗各種在飛行中展開的空氣動力結構,控制分離級的返回等。以第3級為基礎,可以製成使用可貯燃料組元的軌道間運輸太空飛行器家族。在要求縮小火箭墜落區的今天,這種太空飛行器的作用大大提高,可用它把有效載荷從基地軌道轉運到所需要的最終軌道。
此外,由於旋風3號火箭系統是以軍用火箭為基礎研製的,所以它的射前準備時間很短。這就有可能用改進後的旋風3號火箭作為應急救生工具把小型自動救援飛船送上太空,撤離空間站上的人員。
