1961年4月12日，人類實現(xiàn)首次太空載人飛行。蘇聯(lián)航天員尤里·加加林乘坐東方號火箭發(fā)射的東方號飛船進(jìn)入太空并安全返回地面。從1961年至今的近60年里，已經(jīng)有俄羅斯、美國和中國這三個國家邁入世界載人航天俱樂部，誕生了多款舉世矚目的載人火箭。

 

　　蘇聯(lián)/俄羅斯是第一個實現(xiàn)載人航天的國家，承擔(dān)載人飛行任務(wù)的火箭包括已經(jīng)退役的東方號、上升號和正在使用的聯(lián)盟號。聯(lián)盟號系列運載火箭迄今已經(jīng)累計發(fā)射 1800 余次，也是世界上發(fā)射次數(shù)最多的運載火箭。冷戰(zhàn)時期，蘇聯(lián)為搶占載人登月先機(jī)，開展了N-1火箭研制，但四次飛行均以失敗告終，導(dǎo)致工程最終下馬。20 世紀(jì) 80 年代根據(jù)重復(fù)使用運載器發(fā)展計劃，完成了能源號載人運載火箭研制，并進(jìn)行了 2 次無人飛行試驗。隨著蘇聯(lián)的解體，由于缺乏經(jīng)費支持，“能源號 - 暴風(fēng)雪”發(fā)展計劃停止。近年來，俄羅斯又提出了安加拉-5V、聯(lián)盟-5等載人運載火箭發(fā)展構(gòu)想，但尚未見詳細(xì)設(shè)計方案和研制進(jìn)展。

 

　　聯(lián)盟號系列運載火箭是俄羅斯目前唯一的載人運載火箭。1961年東方號火箭把加加林送入太空，開創(chuàng)了人類載人航天的新紀(jì)元。1963 年研制成功的上升號火箭發(fā)射了上升號載人飛船，1967 年改稱為聯(lián)盟號火箭，并開始使用聯(lián)盟FG運載火箭發(fā)射載人飛船。

　　N-1運載火箭是蘇聯(lián)針對載人登月計劃專門研制的火箭，出于當(dāng)年美蘇爭霸的政治需要，N-1 火箭研制過程較短、論證不充分，1969-1972年連續(xù)4次飛行均失敗，1974年項目最終下馬。

 

N-1運載火箭

　　

     

　　能源號運載火箭是蘇聯(lián)為發(fā)射第一個重復(fù)使用運載器暴風(fēng)雪號航天飛機(jī)而專門研制的，按照分別捆綁 2、4、6 個助推器形成暴風(fēng)雨號、能源號、火神號系列運載火箭，實現(xiàn)運載能力的梯度優(yōu)化，除能源號火箭成功飛行兩次外，其余兩種火箭未飛行。

　　1987年能源號第一次發(fā)射中，有效載荷極地號試驗飛船與火箭成功分離后調(diào)整姿態(tài)失敗，重返大氣層解體。

　　1988 年 11 月 15 日，暴風(fēng)雪號航天飛機(jī)搭乘能源號運載火箭從拜科努爾航天發(fā)射場起飛，用時206分鐘圍繞地球飛行兩圈后返回發(fā)射場著陸跑道。此次試飛沒有載人，是蘇聯(lián)航天飛機(jī)的首航，也是唯一一次飛行。

 

能源號運載火箭

　　美國是擁有載人運載火箭種類最多的國家。冷戰(zhàn)期間，美國在與蘇聯(lián)爭奪太空話語權(quán)的驅(qū)動下，制訂了“水星—雙子星—阿波羅”的一系列載人航天發(fā)展計劃。通過利用洲際導(dǎo)彈改裝而成的宇宙神號、大力神號運載火箭讓美國緊跟蘇聯(lián)實現(xiàn)了載人飛行，最終在載人登月的角逐中通過土星-V運載火箭的成功研制，實現(xiàn)了人類首次載人登月，從此奠定了美國在太空領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。20 世紀(jì) 80 年代研制的航天飛機(jī)實現(xiàn)了運載器重復(fù)使用的夢想，雖然由于成本過高最終退役，但仍然代表了運載火箭技術(shù)發(fā)展的制高點。進(jìn)入 21世紀(jì)以來，提出了阿瑞斯號載人運載火箭發(fā)展計劃，隨后由于政府航天政策變化，最終載人飛行計劃改由“太空發(fā)射系統(tǒng)”完成。

　　宇宙神-D運載火箭是在宇宙神D導(dǎo)彈基礎(chǔ)上改裝而成，出于當(dāng)時美蘇爭霸需要盡快實現(xiàn)載人飛行任務(wù)而研制。1959 年成功完成美國第一艘水星飛船亞軌道試驗，1962年發(fā)射美國第一艘載人飛船，共飛行18次，6次失敗。

　　宇宙神-D運載火箭是一級半并聯(lián)構(gòu)型運載火箭，一級和助推器采用共同的貯箱，在助推發(fā)動機(jī)工作結(jié)束后，助推發(fā)動機(jī)、尾段作為組合體與芯級發(fā)動機(jī)、貯箱分離。全箭直徑3.05米，助推器采用2臺LR-89-NA3液氧煤油發(fā)動機(jī)，芯級采用1臺LR-105-NA3液氧煤油發(fā)動機(jī)。火箭全長29.07米，起飛質(zhì)量約118噸，起飛推力約164噸，近地軌道運載能力約 1.36噸。

 

宇宙神―D 運載火箭發(fā)射

 

　　大力神-2LV-4運載火箭作為當(dāng)時美國運載能力最大的火箭，專門用于發(fā)射雙子星載人飛船，1964年成功發(fā)射美國第一艘雙子星飛船，12次飛行全部成功。

　　大力神-2LV-4運載火箭是兩級串聯(lián)構(gòu)型運載火箭。一子級直徑3.05米，采用2臺 LR-87-AJ-7四氧化二氮/混肼50發(fā)動機(jī)；二子級直徑3.05米，采用1臺LR-91-AJ-7四氧化二氮/混肼50發(fā)動機(jī)。大力神-2LV-4全箭總長33.2米，起飛質(zhì)量約148噸，起飛推力約196噸，近地軌道運載能力約3.6噸。

 

大力神―2LV―4 運載火箭

 

　　“土星”系列運載火箭是美國國家航空航天局（NASA）專為登月任務(wù)而研制的火箭，包括土星-I、土星-IB和土星-V三種。其中土星-I為研究試驗型火箭，用于“阿波羅”計劃早期地球軌道飛行試驗和發(fā)射探測衛(wèi)星；土星-IB為改進(jìn)過渡型，用于不載人或載人“阿波羅”飛船地球軌道飛行試驗；土星-V專為實現(xiàn)“阿波羅”飛船載人登月而研制，可以將3名航天員送入月球軌道。1969年7月21日，阿波羅11號登月飛船成功在月球上軟著陸，航天員阿姆斯特朗和奧爾德林踏上月球，人類載人航天和空間探索取得了重大突破。     

　　土星-V運載火箭總共發(fā)射13次，全部取得成功。土星-V運載火箭是三級串聯(lián)構(gòu)型運載火箭。一子級直徑10.06米，采用5 臺 F-1 液氧煤油發(fā)動機(jī)，單機(jī)推力達(dá)到694噸，是迄今為止最大的單室液體火箭發(fā)動機(jī)；二子級直徑10.06米，采用 5 臺J-2氫氧發(fā)動機(jī)；三子級直徑6.6米，使用一臺J-2 氫氧發(fā)動機(jī)。土星-V 火箭是世界上起飛規(guī)模最大的運載火箭，火箭全長110.6米，起飛質(zhì)量約2950噸，起飛推力約3460噸，奔月軌道運載能力約46噸，近地軌道運載能力約120噸。

 

土星―V 運載火箭

 

　　航天飛機(jī)是NASA在“阿波羅”載人登月計劃后，立足于經(jīng)濟(jì)、高效進(jìn)出空間的可持續(xù)發(fā)展而研制的世界上第一種部分重復(fù)使用運載器。它可以將最多7名航天員送入太空，在軌服務(wù)時間長達(dá)7～30天，進(jìn)行交會、對接、?？?，執(zhí)行人員和貨物運送、空間試驗、衛(wèi)星發(fā)射、檢修和回收等任務(wù)。     

　　美國共研制了挑戰(zhàn)者號、哥倫比亞號、發(fā)現(xiàn)號、奮進(jìn)號和亞特蘭蒂斯號等 5架航天飛機(jī)，自1981年4月12日哥倫比亞號從佛羅里達(dá)州NASA肯尼迪航天中心首次發(fā)射開始，至2011年7月21日最后一次航天飛機(jī)任務(wù)——亞特蘭蒂斯號在肯尼迪航天中心的主港著陸，共執(zhí)行135次飛行任務(wù)，其中挑戰(zhàn)者號和哥倫比亞號分別在上升段和再入段發(fā)生事故導(dǎo)致飛行失利，并且造成 2次共14名航天員遇難犧牲。     

　　航天飛機(jī)是一級半并聯(lián)構(gòu)型運載火箭。一子級由軌道飛行器和外貯箱組成，外貯箱懸掛在軌道飛行器側(cè)面，貯箱直徑8.38米，采用3臺RS-25D高壓補(bǔ)燃?xì)溲醢l(fā)動機(jī)，比沖比普通開式循環(huán)氫氧發(fā)動機(jī)提高了10%，是目前為止最先進(jìn)的發(fā)動機(jī)；采用兩個直徑3.7米的固體助推器，為了提高發(fā)動機(jī)推力采用五段式結(jié)構(gòu)，單臺發(fā)動機(jī)推力達(dá)到約 1300噸，是目前推力最大的固體火箭發(fā)動機(jī)（阿瑞斯號載人運載火箭、太空發(fā)射系統(tǒng)SLS的固體發(fā)動機(jī)均為其改進(jìn)型）。航天飛機(jī)全長56.1米，起飛質(zhì)量約2000噸，起飛推力約3000噸，近地軌道運載能力約 29.5噸（不含軌道器結(jié)構(gòu)質(zhì)量）。

 

航天飛機(jī)

 

　　為了實現(xiàn)重返月球的目標(biāo)，NASA于2011年啟動了新一代“太空發(fā)射系統(tǒng)”的研制。為了實現(xiàn)高安全和可持續(xù)性，采用漸進(jìn)式發(fā)展模式，包括SLS-1、SLS-1A 和SLS-2=三種構(gòu)型。SLS-1主要為月球初始探索任務(wù)和近地軌道以遠(yuǎn)的科學(xué)試驗載荷發(fā)射任務(wù)提供支撐；SLS-1A在SLS-1基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升能力，并可適用于載貨任務(wù)的有效載荷整流罩和適配器；SLS-2主要用于執(zhí)行深空探測任務(wù)及近地軌道以遠(yuǎn)的載人任務(wù)。目前仍然處于研制階段，首次執(zhí)行SLS-1發(fā)射任務(wù)的美國重返月球表面計劃名為“阿爾忒彌斯”，一期任務(wù)計劃于2021年中下旬進(jìn)行。

 

航天發(fā)射系統(tǒng)（SLS）

 

　　早在航天飛機(jī)退役之前的2010年，NASA就開始物色新一代天地往返運輸系統(tǒng)的承包商，當(dāng)時波音、藍(lán)色起源、內(nèi)華達(dá)山脈和太空探索（SpaceX）四家航天公司進(jìn)入觀察資助名單。這些公司的載人飛行器將替代已經(jīng)退役的航天飛機(jī)，使美國擺脫對俄羅斯聯(lián)盟火箭飛船的依賴，項目名為商業(yè)載人航天計劃。

　　2019年3月2日，SpaceX使用獵鷹9構(gòu)型5火箭攜帶載人型龍飛船從肯尼迪航天中心成功完成了首次商業(yè)載人飛船的無人試飛。這是自 2011 年航天飛機(jī)退役以來，美國第一次使用自主研制的載人火箭和載人飛船從本土進(jìn)行發(fā)射，具有深遠(yuǎn)的意義。其成功不僅標(biāo)志著SpaceX即將成為全球第一家送人進(jìn)入太空的私營公司，同時也標(biāo)志著美國向再次擁有載人發(fā)射能力邁進(jìn)了堅實的一步。

 

獵鷹九號火箭發(fā)射