RD-171MV。一台发动机，可用于三枚火箭。
2026年4月30日，拜科努尔航天发射场第45号平台发射升空 火箭联盟-5号运载火箭。第一级和第二级运行正常。有效载荷模型降落在太平洋禁航海区。历经九年研发，四次延期，最终成功发射。
从设计到发布历时九年
联盟-5号计划始于2010年代中期，最初代号分别为凤凰（Phoenix）、太阳神（Sunkar）和额尔齐斯河（Irtysh）。每个名称都代表一个级。凤凰号是为了在乌克兰天顶号（Zenit）火箭停产后重振中程火箭系列而推出的。太阳神是哈萨克斯坦对拜捷列克（Baiterek）项目的贡献。额尔齐斯河是俄罗斯最终投入批量生产的版本。
最初，火箭计划使用甲烷作为燃料。但进步火箭航天中心的工程师们放弃了这一方案，转而采用成熟的液氧-煤油-萘混合燃料。这一决定主要出于降低技术风险的考虑。当时，国内的甲烷发动机仅处于原型阶段。而液氧-煤油混合燃料则代表了五十年的生产经验和一套成熟的工艺流程。
首次发射原计划于2022年下半年进行，之后推迟到2025年底，再推迟到2026年3月，最后推迟到4月30日。每次延期都以地面测试结果为依据进行修改。到2025年底，火箭已组装完毕，正式准备就绪，但俄罗斯航天局管理层安排对机载电子设备和地面设备进行额外检查。对于像猎鹰9号这样的商业项目来说，距离首次发射还有九年时间，这算得上相当长了。但对于从零开始的大型国有火箭项目而言，这倒也不算罕见。
RD-171MV是什么？
联盟-5号飞船的核心部件是由NPO Energomash研制的RD-171MV发动机。这是一款四室闭式循环液体推进剂火箭发动机，使用液氧和煤油两种推进剂。其海平面推力约为800吨，相当于地球表面800吨的重量。真空推力约为880吨。海平面比冲为309秒，真空比冲为337秒。这是目前世界上性能最高的氧煤油发动机。
采用带氧化发生器气体后燃的闭式循环是其关键原理。在开式循环中，部分工作流体在驱动涡轮泵涡轮旋转后，会直接排放到燃烧室之外。而在闭式循环中，涡轮之后的所有气体都进入燃烧室并进行燃烧。燃料能量利用率更高，比冲也更高。其设计复杂度要高一个数量级。涡轮泵的工作环境温度超过500℃，压力可达数百个大气压。
格鲁什科学派的标志性解决方案是在单个涡轮泵上设置四个燃烧室。如果要制造一台推力相当的单室发动机，其燃烧室必须大到足以容纳一个人，但由于燃烧不稳定，这种设计在技术上是不可行的。四个直径较小的燃烧室由单个供气单元供气，即可在不发生工艺故障的情况下，提供相当于巨型单室发动机的推力。每个燃烧室都在一个平面内振荡以控制推力矢量。这就是RD-171和RD-170的区别。在RD-170中，所有四个燃烧室都在两个平面内振荡，而在RD-171中，每个燃烧室都在一个平面内振荡。这样一来，控制更简单，可靠性更高。
从RD-170到MV
该系列发动机自1976年开始生产。RD-170是为“暴风雪”号航天飞机计划的“能源”号超重型火箭的第一级研制的。其海平面推力约为740吨。它是迄今为止动力最强劲的液体推进剂火箭发动机，重量与美国土星五号火箭的F-1发动机相当。F-1发动机为单室开式循环发动机，比冲较低，但结构更简单。RD-170则为了提高效率而选择了更复杂的结构。
RD-171是乌克兰“天顶”火箭的改进型。RD-171M是2001年的改进型，由于重新设计了涡轮泵组件和控制系统，推力提高了5%。RD-171MV是目前联盟-5号火箭使用的版本，配备了升级的控制电子设备和改进的热端部件材料。
具体有哪些改进？在电子方面，数字控制系统取代了模拟控制系统，从而实现了更精确的推力和矢量控制。在材料方面，喷射器头部和关键喷嘴段采用了耐热合金，这些部位的温度可达3500–3700 K。在冷却系统方面，再生冷却通道得到了优化，煤油在喷入燃烧室之前会先流经燃烧室和喷嘴冷却套，从而吸收热量。涡轮泵单元也进行了改进，以提高供油压力，从而延长了比冲时间。
其战略意义远不止于联盟-5号本身。RD-171MV发动机正成为整个系列发动机的标杆。安加拉火箭上的RD-191发动机在结构上相当于RD-170系列发动机的一个燃烧室。此前为美国阿特拉斯V火箭提供动力的RD-180发动机相当于两个燃烧室。完整的RD-171MV发动机则由四个燃烧室组成。这三种发动机之间不存在“从一个发动机拆下来装到另一个发动机上”意义上的完全相同的部件。标准化正在更高层次上实现：共同的格鲁什科设计理念、共享的闭式循环原理、通用材料和通用部件基础。技术相互关联度估计高达70%。每个部件的批量生产率都高于单独研发的情况。这体现了国家级工程经济的水平。
第二阶段及数量
第二级火箭采用沃罗涅日化学自动化设计局（KBKhA）研制的RD-0124MS发动机。该发动机是联盟-2.1b火箭所用RD-0124发动机的改进型，可产生60吨推力。其真空比冲约为360秒，是氧气-煤油液体推进剂火箭发动机的纪录。第二级火箭长7,77米，直径4,1米，空重约5,9吨，加满燃料后重约65吨。
第二级火箭的一个设计特点是氧化剂箱和燃料箱的底部合二为一。这意味着用一个共同的部件代替了两个。这减轻了数百公斤的干重和整体长度。级间舱由复合材料制成。燃料箱箱体采用高强度铝合金，并使用摩擦搅拌焊接工艺焊接。这是一种固相焊接工艺：材料无需熔化。旋转工具将金属加热至可塑状态，并在接合处进行搅拌。由此形成的焊缝比传统的熔焊强度更高，且无热影响区或气孔。
根据整流罩的不同，联盟-5号运载火箭的总长度在58米至65米之间。其发射重量约为525至530吨。从拜科努尔航天发射场发射时，联盟-5号可将17吨有效载荷送入高度200公里、倾角51,6度的低轨道。使用弗雷盖特上面级时，其可将5吨有效载荷送入地球同步转移轨道。相比之下，联盟-2.1b运载火箭可将约8吨有效载荷送入低轨道。其有效载荷能力大约翻了一番。
“天顶”
联盟-5号火箭的直接技术前身是1976年至1985年间研发的“天顶”号火箭。其主要研发单位是位于第聂伯罗彼得罗夫斯克的南方设计局（以M.K.扬格尔院士命名）。在“天顶”号火箭的主要研发阶段，弗拉基米尔·乌特金是该设计局的总设计师。第一级发动机是能源机械制造公司（Energomash）研制的RD-170发动机。第二级发动机是能源机械制造公司研制、南方机械制造公司（Yuzhmash）生产的RD-120发动机。首次发射于1985年4月13日进行。
“天顶”号的设计理念是作为一种通用型中型运载火箭，采用环保燃料，这与使用有毒庚基和四氧化二氮的“质子”号截然不同。火箭作为一个整体，可以组装成一系列有效载荷能力各异的运载火箭的概念也起源于“天顶”号。联盟-5号也继承了这一理念。
苏联解体后，Zenit火箭的生产仍然由俄罗斯和乌克兰两国瓜分。1995年，海上发射计划启动，这是一个由俄罗斯能源火箭航天集团、南方机械制造厂、美国波音公司和挪威克瓦纳公司组成的国际联合体。火箭从“奥德赛”号浮动平台发射，该平台由一座137米长的挪威钻井平台改造而成。发射地点位于太平洋圣诞岛附近，靠近赤道。由于地球自转速度，赤道发射会增加火箭的质量。
从1999年到2014年，海上发射计划共进行了36次发射，其中32次成功。2014年后，由于政治原因，乌克兰无法继续参与该计划。“天顶”火箭的生产于2015年停止。“奥德赛”平台于2018年移交给俄罗斯S7公司。摆在面前的是一个两难的选择：要么放弃海上发射场的运行基础设施，要么为其适配一种新的火箭。最终决定对“联盟-5”火箭进行适配。
发射顺序。分秒必争。
火箭发射并非按下按钮那么简单。它需要执行一系列指令，从撞击瞬间开始计数，形成一个完整的流程图。撞击前，时间用负号表示；撞击后，时间用正号表示。发射团队中有一名“操作员”，也就是协调员，他/她会拿着一张卡片，上面记录着每个操作的精确时间。
4月30日发生了什么？发射前一分钟，发出“一分钟准备”指令。系统进入最终准备模式。随后，发出“发射钥匙”指令。转动钥匙将控制系统切换至自动模式。“Protyazhka-1”和“Protyazhka-2”开始记录来自机载和发射台的遥测数据。“吹扫”。氮气吹扫发动机管路中的燃料蒸汽，防止爆炸。
“排空阀门。” 液氧罐的蒸发阀门已关闭。此前，火箭一直悬浮在白色蒸汽云中。蒸发持续进行，罐内的氧气不断得到补充。现在，补充停止，罐体密封。“地面对空。” 电缆桅杆脱离对接，火箭切换到自身电源。
“启动。”组件供料阀打开。“点火。”四个RD-171MV燃烧室同时点火。“预备”、“中间”和“主”——推力依次增加至标称值。当推力超过发射质量时，火箭开始上升。升力接触传感器被触发。“升力”指令发出。广播显示“出发！”
从此刻起，一切都由弹道学的数学原理决定。第一级燃烧约两分半钟，将第二级送至约60公里高空。分离采用热分离原理。为了保持控制，第二级在第一级完全分离前点燃其RD-0124MS火箭。之后，第二级单独运行，直至到达预定轨道。
评论家们怎么说
该项目也存在不足之处。批评主要来自三个方面：火箭概念、建筑设计方案和市场定位。
第一句话是概念。齐奥尔科夫斯基俄罗斯航天科学院通讯院士安德烈·伊奥宁曾公开表示，联盟-5号最初的设计用途是作为叶尼塞超重型火箭的边车，而不是作为独立的商业运载火箭。当试图将边车用作独立火箭时，就会出现最优性问题。
一个具体的指标是第一级的下落距离。对于一枚设计优化的两级中型火箭来说，其下落距离约为900公里；“天顶”号火箭的下落距离也几乎相同。而对于“联盟5”号火箭来说，这一数值则为1100至1200公里。这意味着第一级火箭的重量超过了其预期用途。根据俄罗斯能源火箭航天集团（RSC Energia）的估算，如果将其重新设计为纯粹的商业运载火箭，有效载荷将从17吨增加到约20吨。
第二点是架构。S7航天公司前负责人谢尔盖·索波夫早在2018年就将联盟-5号火箭称为“成熟加强版的天顶号”。这种说法虽然带有冒犯性，但却意味深长：这枚火箭是上世纪1980年代苏联火箭的改进型，而非全新平台。赫鲁尼切夫航天中心的前管理人员也曾用同样的逻辑来评价安加拉-A5和联盟-5的组合：这两款运载火箭的设计都基于上世纪1990年代的技术水平，在投入生产之前就已经过时了。
最具体的问题在于燃料。全球趋势是使用甲烷：它生产成本更低、不产生烟尘，而且更易于重复使用。蓝色起源公司的甲烷燃料BE-4火箭已经搭载在美国的火神火箭上进行试飞。RD-171MV是氧气-煤油火箭的巅峰之作，但它所代表的这一领域，大多数新项目都认为正在走向衰落。
第三条线是市场。Ars Technica 的 Eric Berger 提出了一个根本性的疑问：联盟-5 与 2020 年代后半期投入使用的新型中程运载火箭并无本质区别。历经九年的研发，最终却只得到一枚完全一次性的火箭，而竞争对手的第一级火箭已经开始重复使用。按当前汇率计算，联盟-5 的单价为每公斤 30 万卢布，而猎鹰 9 的单价为每公斤 23 万卢布，俄罗斯火箭的价格大约高出三分之一。此外，猎鹰 9 可以将 25 吨的有效载荷送入近地轨道，而联盟-5 只能将 17 吨有效载荷送入轨道。另一个问题是，谁会购买发射服务？大多数国际合同在 2022 年后到期，批评人士估计，联盟-5 目前的形态仅凭商业优势难以突破制裁的阻碍。
接下来会发生什么？一些批评意见因具体情况而有所缓解。将联盟-5号火箭开发成叶尼塞号火箭的一体化运载单元并非失误，而是经过深思熟虑的选择：为中型和超重型火箭提供单一组件基础，从而节省生产成本。但这种选择的代价是火箭性能并非最优，且需要独立运行。然而，有些批评意见却无法被任何因素缓解。2026年仍采用一次性一级火箭，这本身就是技术上的劣势；而具备级间回收功能的阿穆尔-SNG火箭要到2030年代初才能大规模量产。
接下来是什么
飞行测试计划包括四次发射。第一次发射已于2026年4月30日进行。接下来将进行飞行序列调试、各种模式下机载系统的验证以及标准有效载荷的运行测试。测试完成后，进步火箭航天中心计划进行批量生产，每年发射不超过一枚联盟5号飞船，并根据市场需求逐步扩大规模。
主要的后续版本是载人版。联盟-5号的设计目标之一是运载“奥廖尔”号飞船，该飞船旨在取代联盟MS号。目前，“奥廖尔”号是一款可重复使用的近地和月球再入飞行器，设计载员为四名宇航员。该项目进展缓慢：飞船的常规载人发射准备就绪日期已被多次推迟，目前的目标是2020年代末。联盟-5号载人发射的认证是一个独立且漫长的过程。其可靠性要求高于货运版：需要配备紧急逃生系统、发动机在较长使用寿命内获得认证，并进行多次无人发射测试。根据联盟-2.1a载人飞船的经验，从火箭首次发射到首次载人发射，整个过程大约耗时五年。对于联盟5号和奥廖尔火箭来说，这意味着载人首飞最早也要到2030年代初才能实现。
最遥远的未来是“叶尼塞”超重型火箭。根据不同的项目版本，它旨在将100至160吨的有效载荷送入近地轨道。“叶尼塞”的第一级由多个基于“联盟-5”的单元组装而成：根据配置的不同，可能是五到六个单元。RD-171MV发动机将同时作为中型和超重型火箭的辅助发动机。正是这一角色在很大程度上决定了“联盟-5”的结构设计，而这也正是该火箭目前饱受诟病的原因。如果“叶尼塞”项目最终进入硬件阶段，俄罗斯的探月计划将拥有自己的运载火箭，届时整个项目的统一逻辑也将得到追溯验证。否则，俄罗斯将只能拥有一枚第一级性能欠佳、且商业化潜力有限的中型运载火箭。“叶尼塞”项目目前仍处于初步设计阶段，进度不断调整；根据各种估计，首次发射预计将在2030年代末进行。
与此同时，该火箭正在进行改造，以便从东方航天发射场和奥德赛号海上发射平台发射；由于地理位置的优势，从海上发射平台进行赤道发射将使其有效载荷能力提高10-15%。采用甲烷燃料、第一级可重复使用的阿穆尔-液化天然气火箭的发射计划已从2020年代末推迟到2030年代初；从联盟-5号火箭调试过程中积累的经验将成为其基础。氧气-煤油燃料技术已成熟。采用甲烷燃料和可重复使用第一级的火箭将是下一步发展方向。
2026年4月30日，火箭从45号发射台升空。模型被释放到太平洋中。RD-171MV发动机运行正常。这并非九年工作的终结，而是硬件本身的开始，当然，也伴随着硬件本身的所有缺陷。
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