从战争到科技：二战后弹道火箭技术的演进

德国研发出世界上第一种弹道火箭V-2。在战争期间共发射了3225枚，袭击了英国、法国和比利时等国家，造成巨大的人员与财产损失^[26]。因此，各国密切关注V-2的巨大军事潜力。在德国战败之际，美苏两国竞相争夺德国火箭技术——专家、火箭、技术资料及相关设备设施，引发了火箭技术的跨国技术转移。德国火箭技术奠定了美苏两国发展导弹和航天事业的重要基础。苏联更是在消化吸收德国火箭技术的基础上，不断改进创新，取得了举世瞩目的成就。

1944年7月13日英国首相丘吉尔给斯大林写了一封绝密信件，促使苏联开始密切关注德国的火箭技术。苏联人意识到自己在火箭研究方面已经落后，因此把破解德国火箭技术作为缩短差距的捷径。1944年苏联在波兰首次接触到V-2火箭，随后在德国考察中得到了比在波兰考察中更多更丰富的火箭遗产。这些火箭遗产包括两方面。一方面包括有形的火箭零部件、仪器、设备、设施和材料，以及图纸等技术资料。具体而言，包括在波兰试验场找到的火箭发动机残骸、燃料箱碎片、石墨舵、蒸汽气体发生器、惯性装置的重要部件、无线电设备和执行机构的自动化零件、控制和稳定机构的外壳，以及保存完好的涡轮泵组（Кантемиров，2011）141；佩内明德的大型试验台、各种燃料和氧化剂的贮存车、两座大型氧气工厂、可运行的发电站，以及各种火箭零件^[27]；诺德豪森的零散的V-2火箭部件，以及为数不多的技术文件。另一方面，苏联俘获了部分技术专家和技术工人等“无形”的“技术载体”。整体上，这些德国有形和无形的火箭技术或者优于苏联的同类技术，或者是苏联缺少的。苏联专家通过考察，形成了对V-2火箭技术布局、设备设施、人才和研制能力的整体判断。

1945年7月起，苏联人选择“就地取材”的做法，充分挖掘自己在东德占领区的潜力，最大限度地利用德国“残缺不全的”火箭，及相关的人才、技术与工业基础，组织德国人帮助破解与“恢复”V-2火箭。苏联人与德国人的团队合作，对成功恢复技术工作有着重要意义。他们恢复的不仅是火箭产品，而是全面的火箭技术，包括有形的产品和无形的技术知识；不仅发现并改进了V-2的不足，而且促使它走向成熟。这样，当苏联人结束驻德工作结束时，苏德专家编写了大量有关复原V-2的图纸、工艺规程、技术说明和报告，以及基于V-2改进得到的一些试验数据；共装配了35枚适于发射的V-2火箭，配套了可组装10枚火箭的零部件；制造出两辆保障试验发射的火箭专列^[28]。经过两年多的努力，苏联人在德国专家的参与下，于1947年10月在本土成功进行了V-2火箭的试射。此外，根据苏联档案记载，截至1947年1月1日共有378名德国专家来到苏联从事喷气武器方面的研制工作，包括13名教授、33名博士工程师和85名注册工程师。他们被分派到苏联的9大部委中^[29]。

图4-2　1946年5月13日苏联部长会议《喷气武器问题》决议首页

复原V-2火箭的工作引起了苏联决策者的注意。他们意识到建立火箭武器的独立工业有着重要战略意义，对其进行国家层面的组织和协调十分必要和迫切。1946年5月13日，苏联部长会议通过了《喷气武器问题》决议（以下简称“决议”）（Батурин，2008）30-36。这份编号为1017-419的决议对苏联建立火箭武器研制体系做了全面部署，成为苏联火箭武器领域的奠基性文件。它共有32项条款，分为五部分，内容涉及火箭武器的行政领导机构、主导部委和参与部委的分工、国内火箭武器研制机构的建立、驻德火箭武器工作的部署，以及发射场建设、人员培训等其他资源配置问题。“决议”明确了火箭武器工作的优先地位和重要性，要求各部委和机构必须把火箭技术工作当作首要任务来完成。为此，部长会议组建了喷气技术特别委员会（Специальный комитет по реактивной технике）^[30]负责统筹、协调和监督各部门和机构的火箭武器工作，由马林科夫任委员会主席。“决议”规定：未经部长会议特别许可，任何机关、组织和个人都无权干扰或询问有关火箭武器的制造情况。

根据《喷气武器问题》决议的规划，1947年苏联开始生产本国第一种弹道火箭Р-1。Р-1火箭（代码8А11，北约代码SS-1）是德国V-2的完全仿制品，即尽可能采用苏联国产材料制造的V-2。它开启了德国火箭技术苏联化的进程。苏联共有13家科研所和设计局及35家军工厂参与制造V-2（Маtthiаs，2001）172。苏联对V-2的国产化常常被描述为只是简单的复制或仿制，但实际上这是一个历时数年的艰难过程。苏联火箭设计师们为此倾注了所有力量。在仿制工作中出现的大量问题帮助火箭专家们充分、深入的熟悉了火箭生产中多层次的技术。他们首次提出了自主解决方案（Маtthiаs，2001）177。

苏联人根据V-2在试验发射中出现的问题对Р-1做了一些改进。在火箭整体设计上，Р-1由弹头、控制设备舱、燃料舱和尾段四部分组成。苏联人加大了控制设备舱和尾段的长度，使火箭全长增至14.27米。他们在尾舱特别开了一个舱口，用于在不拆掉整个尾舱的情况下更换舵机。Р-1火箭设计射程为270千米，比原来的V-2多了20千米。为此需要增加215千克酒精燃料，并进行相应的弹道计算。由于国产材料难以配齐、制造工艺达不到要求等问题，苏联实际上未能实现完全用国产零部件制造Р-1。一些零部件和仪器设备不得不使用德国产品，或依靠进口。V-2的国产化，即制造Р-1的工作帮助苏联火箭技术领域的工程师和工人尽快参与研制。在这个过程中，苏联人掌握火箭的制造工艺和技术特点，自主解决了许多技术问题。事实上，Р-1并未一直停留在模仿阶段。第二批Р-1火箭在很大程度上已不再是对V-2技术的精确复制。苏联人做了诸多卓有成效的改进，大大提高了可靠性。苏联成功仿制德国V-2，实现本国Р-1的生产，首次突破了全新技术。这不仅意味着苏联制造出首枚弹道火箭，同时表明苏联获得了继承和吸收德国火箭技术的能力。苏联人为复原、仿制并改进V-2，在本国领土上发射了200多枚V-2和Р-1火箭，创下了本国研制一个型号的火箭并多次进行发射试验的一项历史记录（Маtthiаs，2001）177。

Р-2火箭（代码8Ж38，北约代码SS-2）是苏联对德国V-2火箭的改进版本，也是苏联第一次自主设计、研制的火箭。它的总设计师团队与Р-1相同，整个研制过程中有不同部委和机关的24个科研所、设计局和90家工厂参与（Симонов，1996）139-140。Р-2虽然在很大程度上使用的是已经成熟的V-2技术，但首次大规模的引入自主建设性解决方案，已远远超出了之前Р-1所做的改动（Маtthiаs，2001）177。为了达到设计要求的600千米射程，苏联设计师提出将火箭长度延长3.3米，这样可以多容纳70%的燃油，保障需要的飞行距离；另一方面，需要大幅减轻火箭净重。因此，单纯对V-2进行仿制是远远达不到目标的，需要对Р-2进行全新的设计。第一个新设计是箭体采用可分离式顶部（弹头），这是新设计的一个重要元素。为掌握火箭顶部分离技术，设计师们研制出Р-1的改型——Р-1А实验火箭。第二个重要创新是，优化火箭结构，将酒精贮箱作为火箭的承力构件，通过对贮箱的充压保持火箭结构的稳定性。第三，重新配置并改善控制系统，提高火箭落点精度，在Р-2上应用了综合性的控制系统，包括箭载自主稳定系统和地面无线电横向校正系统。第四个主要改进是，研制大功率发动机РД-101。这项工作由格鲁什科领导。РД-101发动机仍采用酒精和液氧作为推进剂。1950年10月到1951年7月进行了飞行试验。Р-2火箭长度17.7米，起飞质量20.4吨，最大飞行距离600千米，作战弹药重量1008千克。1951年Р-2导弹被装备到苏联军队中。(www.xing528.com)

Р-2火箭从方案设计到试验成功，历时5年。苏联设计师用Р-2的成功向世人证明，他们已经不是简单的接受德国的火箭技术，而能够独立开发远程火箭。为实现这一目标，苏联投入了大量研发经费。这项事业在近5年的时间里消耗了苏联大量的财政和经济资源，仅Р-1和Р-2的研发成本就高达30亿卢布（Маtthiаs，2001）180。由于拥有大量的资金投入和多项技术创新，苏联敢于与其最重要的竞争对手美国相比，并最终在这一技术领域占据领先地位（Маtthiаs，2001）180。

Р-5是1949年由科罗廖夫领导、在第88科研所研制的一种中程弹道火箭。为了提高导弹准确性，设计人员使用了复式控制系统（自主控制和无线电控制），1952年开始进行飞行试验。Р-5应用了格鲁什科新研制的РD-101液体火箭发动机。格鲁什科从1946年开始一直全力研制以液氧—酒精作为推进剂的液体燃料火箭发动机。他陆续研制了РД -100、РД -101、РД -103型号的火箭发动机，分别用在Р-1、Р-2、Р-5以及其他改进型的弹道火箭和地球物理火箭里。发动机是火箭的动力核心。随着发动机类型的不断完善，推力不断增长，火箭的射程、装弹质量和射击精度也在不断增加。1956年Р-5火箭已能够携带1吨的有效载荷飞行1200千米，它的起飞重量29吨，可以利用2个或者4个悬挂作战部件发射，发射距离约为600—820千米（Черток，2010）120。

苏联专家借助Р-5研究利用火箭作为原子弹的载体。1954年开始研制Р-5的改型——Р-5М火箭。它是科罗廖夫设计局从第88科研所分离出来后研制的第一种火箭。该火箭装载有核弹，起飞重量28.6吨，飞行距离1200千米，其准确性接近Р-5。Р-5М火箭成为世界火箭军事史上第一个核弹药运载工具。

1954年5月20日苏联中央委员会和苏联部长会议正式通过了第956-408сс号决议，旨在制造和测试Р-7洲际弹道火箭，“确保它能够打击全球任何一个军事—地理区域的战略目标”（Ершов еt аl.，2011）。众多科研和工业组织参与研制Р-7。牵头研究机构是苏联国防工业部第88研究所；主要设计人员来自第88研究所下属的第一试验设计局，科罗廖夫任总设计师；火箭发动机的研发由第456设计局负责，总设计师是格鲁什科；第885科学研究院负责控制系统的研发，梁赞斯基和皮留金是总设计师；地面设备制造由机械制造与设备制造部的国家联合设计局完成，巴尔明任总设计师；陀螺仪控制系统由第10科学研究院完成，库兹涅佐夫担任总设计师。

当年11月20日苏联部长会议通过了Р-7的设计草案。Р-7是两级液体火箭，设计上最大的突破在于它的“捆绑式”结构，即火箭由一个处于中央的较长芯级和4个相同的位于其四周的较短助推束组成。第二级长28米，最大直径2.95米，向下逐渐收缩，到尾段处直径为2.2米。助推器全长19米，最大直径3米，呈圆锥形，顶端锥角约10度，每个助推器底部装有一个翼展约0.9米的稳定底翼，用以改善火箭的操纵性能。（李成智等，2010）37用于助推火箭的РД -107发动机（Б、В、Г、Д组件），地面推力76吨，中心火箭的РД -108发动机（А组件），地面推力83.7吨。这两个发动机结构是相似的，都采用了四燃烧室和方向舵的布局。所有这5个发动机都同时在地面点火工作，助推发动机在火箭分离时关闭，中心发动机则继续工作。因此这意味着，当Р-7点火发射时，共有5台大型发动机，20个燃烧室进行工作。在Р-7的研制中，设计师们排除了许多烦琐的技术困难，包括多级火箭方案的研究和设计问题；大推力液体火箭发动机的研制。在生产中，完成Р-7火箭的发射试验需要进行非常复杂的五次组合装置。为新试验场选址，建设特殊的发射设施，以保证发射台连接火箭的可靠性。

1957年1月14日苏联部长会议确定了Р-7的飞行试验计划，火箭的第一次技术测试被安排在丘拉塔姆试验场（后来被称为拜科努尔发射场）。这次试验进行了导弹的独立和综合电路测试，先是逐块检测，然后捆绑测试，最后进行整体测试。1957年3月初，第一枚Р-7被送到试验场技术场地，开始长时间的组件检查、排除注意事项、加工完成随航和地面设备等等。4月顺利完成了主体段和所有助推束的整体火力发射台试验，以及火箭飞行试验参数的准备工作。第一枚Р-7火箭充分加注时，初始重量是280吨，其中上部有效载荷模拟装置重5.5吨，燃料组件——液氧、煤油、过氧化氢、浓缩氮的重量是253吨。在全程发射状态下，第二级发动机关闭时的速度需要达到6385米/秒，但这次航程是从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场到堪察加试验场，距离6314（8000）千米，为此将调整控制系统的具体数据。这次发射重要的任务之一是检查火箭和发射设备相互的动态，包括推进装置，但计算规定的精确度（+/-8千米）可能不确保。5月15日开始，苏联共发射了五枚Р-7。试验结果证实，Р-7可以达到预定的飞行距离，但它的顶部需要彻底改进，估计至少需要半年多时间。然而火箭顶部的损坏为苏联第一颗人造地球卫星提供了设计灵感，因为卫星不需要再入大气层。

苏联成功发射了世界上第一枚洲际弹道火箭Р-7。这一事件拥有深远的影响意义。其一，苏联继1949年成功爆炸第一颗原子弹之后，又研制出了远距离发射核弹头的运载工具。这意味着苏联具有了把核武器直接发射到美国本土的能力，将改组世界军事和政治格局；其二，“与打击地面目标相比，科罗廖夫对和平开发太空的兴趣更浓，他推动了利用Р-7来发射第一颗人造地球卫星”（富尔先科等，2012）121。Р-7后来成了苏联第一枚宇宙运载火箭的基础，更是第一个可实现航天和军事航天活动的设施，为苏联航天技术的发展奠定了坚实的技术基础。虽然Р-7以世界上第一枚洲际弹道火箭而获得极大的名声，但从实际使用上看，它并不具备战略价值。这主要是因为它的各级发动机采用了不可贮存的液氧和煤油作为推进剂，致使其机动性、灵活性和应变能力受到极大影响。