空間站的建設者：質子火箭
小火箭出品
本文作者：邢強博士
原文標題：質子火箭：空間站的建設者
本文是小火箭經典導彈與運載火箭系列文章第3季的第4篇。在本季第1篇與第2篇合輯中，小火箭將介紹了美國「雷神」彈道導彈。（導彈的總體設計、材料、發動機、彈道計算、反衛星試驗以及這款導彈改造為運載火箭後，發射了NASA的第一枚探測器的歷史）。在本季的第3篇中，小火箭介紹了切洛梅和質子火箭的總體設計。
本文將繼續介紹質子運載火箭，講述她發射禮炮系列空間站、和平號空間站和國際空間站的光輝歷史，並在文末給出具體的算例，指出帶有上面級的質子火箭在地球同步軌道運載與深空探測中的強大潛力，展示火箭到底是怎樣把衛星送到地球同步轉移軌道上的。
1.空間站的建設者
從1971年開始，蘇聯陸續發射了從禮炮1號到禮炮7號的多個空間站。而這些空間站都是由質子系列火箭發射的。
從洲際彈道導彈項目的競爭中落敗，到發射衛星的屢屢失敗，質子系列火箭的發展在1971年之前始終蒙著陰影，而從禮炮計劃啟動後，質子火箭終於找到了她的舞台。
就像魚類離開了海洋就要開啟一個由新一代的物種主宰地球陸地表面的時代一樣，加加林在太空中飛行的108分鐘早已點燃了人類向太空進發的激情。但是，對於星際旅行而言，以分鐘或小時計的太空停留時間是遠遠不夠的。人類應該儘早掌握在太空中長期生存和依賴太空環境進行生產和生活的技術。這樣，人類才能夠飛往在仰望星空時凝視的那些遙遠星球。在這樣的背景下，禮炮空間站計劃開始付諸實施了。
禮炮計劃是由蘇聯發起的人類第一個空間站計劃。當時準備從1971年到1986年這15年間發射一系列共9個單模塊（single-module）空間站。這些空間站包括6個科研實驗空間站和3個軍事偵察空間站，後來又推出了高度機密的「阿爾馬茲」（Almaz）計劃。「禮炮」計劃打破了多個航天紀錄，其中包括幾個在太空執行任務的時間紀錄和航天員第一次從一個飛船轉移到另一個飛船的紀錄。
1971年4月19日，滿載眾人期望的「禮炮」1號由「質子」火箭發射升空，開啟了人類探索太空的空間站時代。
隨後，質子-K運載火箭又一口氣發射了禮炮2號、3號、4號、5號、6號和7號空間站。從聯盟飛船上拍攝的禮炮7號空間站
傳奇還將繼續，實際上，和平號空間站也是在質子火箭的努力下，一點點逐步拼接成的。
1986年2月19日，質子-K運載火箭發射了和平號空間站的核心艙。這個重20.1噸的大傢伙，讓質子運載火箭的能力得到了充分展示。
1987年3月31日，質子-K運載火箭發射了和平號空間站的量子1號艙（重10噸）；
1989年11月26日，質子-K運載火箭發射了和平號空間站的量子2號艙（重19.6噸）；
1990年5月31日，質子-K運載火箭發射了和平號空間站的晶體號艙（重19.6噸）；
蘇聯解體後，和平號空間站的建設雖然遭遇了幾年的停頓，但是，由於質子-K運載火箭幸運而又堅強地存活了下來，和平號空間站的建設得以恢復。
1995年5月20日，質子-K運載火箭發射了和平號空間站的光譜號艙（重19.6噸）；
1996年4月23日，質子-K運載火箭發射了和平號空間站的自然號艙（重19噸），終於完成了和平號空間站的建設。
質子系列運載火箭的傳奇當然不會止步於和平號空間站。
國際空間站的曙光號貨艙和星辰號服務艙這兩個艙段也是質子系列火箭運上去的。
從禮炮1號、2號、3號……到禮炮7號空間站，再到和平號空間站，再到國際空間站，質子系列運載火箭都是重要的建設力量。質子系列運載火箭運載過最多的空間站艙段，為人類空間站建設作出了重大貢獻。
2.運輸與發射
前文已經提過，質子火箭是在莫斯科生產的，而發射卻要在哈薩克的拜科努爾基地進行。那麼，質子火箭是怎麼從生產廠房到發射場的呢？
她沒有買機票，也沒有自己飛過去，而是選擇了搭乘火車：
長路漫漫，質子火箭就這樣躺著被火車拉到了位於哈薩克的發射基地。
這火車頭有點兒眼熟？沒錯，小火箭在R-7系列火箭文章中已經介紹過了。
然後呢？發射的時候可得把她叫醒啊。
此時，溫庭筠《菩薩蠻·小山重疊金明滅》中的
「懶起畫蛾眉，弄妝梳洗遲」
的唱段就要開始了：
液壓系統把質子火箭慢慢頂起來。
質子火箭此時或許還在眨著惺忪的睡眼呢。哎，懶得起床，被叫起來還得頂著20來噸的載荷往太空飛。從莫斯科到拜科努爾，一路舟車勞頓……
小火箭始終覺得這是質子火箭最萌的時刻。沒想到，加滿了燃料後重量會達到693.81噸的大傢伙會如此地賴床。
偏二甲肼四氧化二氮常溫燃料雖有劇毒，今後將被逐步淘汰，但是其發射時候的壯觀場面實在是令人印象深刻！
3.邁向深空！
質子-M運載火箭為4級構型，擁有帶有多次啟動能力的上面級，可以執行深空探測任務。
公元2016年3月14日下午17:31，歐空局和俄羅斯航天局聯合研製的「ExoMars 2016」火星探測器，搭乘俄羅斯研製的「質子」號火箭，從拜科努爾發射基地升空，預計今年年底就能抵達火星。
另外，帶有上面級的質子系列火箭擁有6.92噸的地球同步轉移軌道的運載能力。
小火箭的經典導彈與運載火箭系列文章之前答應了大家要講一下軌道相關的事情，那麼這次就在第三季借著質子火箭來說一下吧！
基本上，要想把衛星（或者其他載荷）送到地球同步軌道上的話，需要12步（小火箭給出的這個算例以從拜科努爾基地發射的質子-M運載火箭為基準）：
1.火箭發射；
2.上面級分離；
3.上面級第1次點火；
4.進入一個距離地面173千米，傾角為51.5°的停泊圓軌道（此時，研製質子火箭基礎級的兄弟們可以慶祝了）；
5.上面級第2次點火，開始變軌；
6.進入一個近地點295千米，遠地點6000千米，傾角為51.0°的橢圓軌道；
7.拋掉和風上面級的外掛貯箱；（做軌道設計的同學，要注意，和風上面級的外掛貯箱的拋棄對後續軌道的計算有重要影響，計算和複核軌道數據的時候，要加以考慮。）
8.上面級第3次和第4次點火，再次變軌，進入轉移軌道；
9.和風上面級的外掛貯箱進入一個近地點361千米，遠地點14930千米，傾角50.8°的臨時軌道；
10.轉移軌道參數：近地點475千米，遠地點65044千米，軌道傾角50.5°；
11.上面級第5次點火，終於進入目標軌道；
嗯？不僅僅想知道步驟，還想知道整個任務中的時間節點（同學，你這就是來抄答案的吧？滿足你吧。）
質子-M火箭與和風上面級發射地球同步軌道衛星的關鍵節點：
整個任務用時9小時14分鐘。
嘿，年輕人，準備好像切洛梅那樣設計火箭了么？
感謝大家對小火箭的支持！
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