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lifei200196
伯爵 | 2009-5-26 00:25:00

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暴風雪航天飛機  

1988年11月15日,前蘇聯的暴風雪號航天飛機從拜科努爾航天中心首次發射升空,47分鐘後進入距地面 250公裡的圓形軌道。它繞地球飛行兩圈,在太空遨游三小時後,按預定計劃於 9時25分安全返航,准確降落在離發射點12公裡外的混凝土跑道上,完成了一次無人駕駛的試驗飛行。  

  暴風雪號航天飛機大小與普通大型客機相差無幾,外形同美國航天飛機相仿,機翼呈三角形。機長36米、高16米,翼展24米,機身直徑5.6米,起飛重量105噸,返回後著陸重量為82噸。它有一個長18.3米、直徑 4.7米的大型貨艙,能把30噸貨物送上近地軌道,將20噸貨物運回地面。頭部有一容積70立方米的乘員座艙,可乘10人,設計飛行壽命100次。  

  科學家們認為,這次完全靠地面控制中心遙控機上電腦系統,在無人駕駛的條件下自動返航並准確降落在狹長跑道上,其難度要比1981年美國航天飛機有人駕駛試飛大得多。首先,暴風雪號的主發動機不是裝在航天飛機尾部,而是裝在能源號火箭上。這樣就大大減輕了航天飛機的入軌重量,同時騰出位置安裝小型機動飛行發動機和減速制動傘。其次,暴風雪號著陸時,可用尾部的小型發動機做有動力的機動飛行,安全准確地降落在狹長跑道上,萬一著陸姿態不佳,還可以將航天飛機升起來進行第二次著陸,從而提高了可靠性。而美國航天飛機靠無動力滑翔著陸只能一次成功。第三,暴風雪號能像普通飛機那樣借助副翼、操縱舵和空氣制動器來控制在大氣層內滑行,還准備有減速制動傘,在降落滑跑過程中當速度減慢到 50公裡/小時時自動彈出,使航天飛機在較短距離內停下來。  

最大質量:105噸
有效載荷:30噸
著陸質量:82-87噸
機組成員:2-10人
飛行時間:7-30日
軌道傾角:50.7-110度
軌道高度:250-1000千米
著陸速度:312-360km/h
長度:36.37米
高度:16.35米
翼展:23.92米
機翼掠角:45度
發射流程:
倒計時30分:清理發射台
倒計時11分:發射系統開始自檢
倒計時8秒:主引擎點火
倒計時0秒:助推引擎點火,發射升空
發射後150秒:助推火箭分離
發射後480秒:推進火箭燃盡,落入太平洋
發射後47分:暴風雪號進行42秒變軌機動,抵達高度250千米的軌道

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有翼航天器的先鋒當屬60年代初在著名工程師洛吉諾洛金斯基領導下研制的“50-50計劃”,也稱“螺旋”計劃。1962年,米高揚領導的第155設計局根據科羅廖夫下達的任務開始研制“50-50”計劃,其中的“50號產品”為單座軍用空天飛機,而“50-50”號產品”為高超音速載機。“50”這一數字表示為即將到來的偉大十月革命50周年獻禮,並計劃在此時進行首期亞音速試驗。高超音速載機由圖波列夫設計局負責研制,它應在極大的速度(M5.5∼6)和24∼30公裡的高度上釋放這架10噸重的空天飛機。計算表明,該系統的有效載荷重量約為其發射重量的12.5%,且有85%的發射重量返回地球,而當時科羅廖夫設計的320噸重的聯盟火箭只能將發射重量的2.5%送上太空,返回地球的只有2.8噸重的著陸器。同時,“螺旋”不光能返回,它還可以再次飛行,而且無需航天發射場。當時制造了試驗型軌道飛機,並進行了首批計劃內的飛行。在返回大氣層時,它就像飛機一樣,可在半徑為600∼800公裡的範圍內選擇著陸點。它的用途極為廣泛,既可作為航天轟炸機或偵察平台,也可作為航天武器載機或作為有人駕駛的救援機,同時還可作為截擊機或只是作為技術驗證平台。  

  1967年開始制造有人駕駛軌道飛機的縮比試驗器。在這些1/2和1/3模型中,代號“105.11”的模型用於亞音速大氣層試驗,“105.12”用於超音速研究,“105.13”用於高超音速研究,但這一項目於1969年6月被中止,當時的國防部長格列奇科元帥認為這簡直就是“天方夜譚”。1974年6月30日,在火箭發動機專家格魯什科的支持下,“螺旋”計劃恢復實施,並擬進行軌道飛機的亞音速飛行試驗。1976年10月11日,該軌道飛機完成了第一次飛行,一年後的11月27日也完成了“米格-105”試驗機從圖-95KM型機上在5000米高度上的第一次投放,總共進行了8次試飛,從而確定了該空天飛機的亞音速氣動性能和各系統在大氣層中飛行的性能。  

  該空天飛機呈平底形狀,采用升力體式機身,前部較大並向上翹起,因此該機又被戲稱為“套鞋”。這種幾何形狀可大大降低機身在再入大氣層時的受熱程度。該機的獨特之處是其可變式機翼。機翼安裝時與水平面呈60度角,在起飛、軌道飛行和再入大氣層時用作垂直安定面。在再入大氣層並將速度降低到亞音速後,機翼轉至水平狀態,從而增加了升力。機身、機翼和巨大垂直尾翼的後掠角度分別為78、55和60度。“米格-105”安裝有科列索夫研制的RD-36-35K型渦輪噴氣發動機,軌道發動機由19台大小不一的發動機組成,以進行軌道粗定位和精確機動。該飛機長8.5米,高3.5米,重4220公斤,翼展7.4米。這一方案最終被取消,但空天飛機的研制工作仍在繼續進行。  

  在70年代初,美國研制了“太空梭”軌道飛機,也就是目前正在使用的航天飛機。這一時間,前蘇聯也開始制造自己的“太空梭”,即“暴風雪”號航天飛機。為研究從軌道返回時防熱問題,設計者還研制了“布拉風-4”無人駕駛試驗器,以“宇宙”系列的代號完成了4次軌道飛行,時間分別為1982年6月4日、1983年3月16日和12月27日及1984年12月19日。最初兩架空天試驗機均濺落在印度洋上,其打撈工作引起了西方國家的注意。於是,後兩架“布拉風”均著陸於克裡米亞海區。“暴風雪”號於1988年11月15日發射升空,並完成了極其精確的自動著陸。暴風雪號首航成功,按計劃應很快開始載人飛行,後來,蘇聯的政治與經濟生活發生了巨大變化,航天計劃撥款急劇減少,於是,“暴風雪”號也就成了“多余之物”。

早在太空時代之前,就有人討論過建造可重復使用的飛機形航天器了。如俄國的齊奧爾科夫斯基就考慮過將飛機送入大氣層以外的可能性。前蘇聯的航天功臣科羅廖夫很早就將RP-318滑翔機安裝上火箭引擎做試驗。20世紀60年代,米高揚設計局設計了一種可重復使用的小型飛船螺旋(Spiral)號,它由超音速飛機發射,發射後則由自備的捆綁火箭作動力源。

  70年代初,美國制定了研制航天飛機的計劃,並將其列為載人航天的首要項目。美國人最初的目的是為了發展一種更經濟的軌道運輸工具以取代飛船和運載火箭,但前蘇聯當局則將這一新型航天器視為未來美國搭載核武器的工具,並於1976年決定發展類似的航天器作為對這種“威脅”的回應。蘇聯人將其取名為“暴風雪(Buran)”。當年米高揚設計局從事螺旋計劃的部分技術人員,以及來自莫爾尼亞、米亞西舍夫等設計局的一些工程師也被調去從事暴風雪計劃。暴風雪的主體由新成立的莫爾尼亞聯合體全權負責研發。

  與暴風雪一起研制的是重型運載火箭能源號(Energia)。它可以用來發射暴風雪號航天飛機,也可以單獨作為運載火箭使用,這與美國航天飛機設計不同,主要是出自蘇聯沒有開發大型固體火箭經驗的考慮。這個設計是由能源聯合體的負責人Valentin Glushko提出的。暴風雪號自身沒有主推進引擎,只有兩個小型引擎供調整軌道姿態用,起飛時它可以看作是能源號火箭的載荷。很多人認為,這一設計實際上要優於美國的航天飛機,因為如此做法將降低航天飛機的事故率,並可提高其搭載的有效載荷。但在暴風雪與能源火箭對接並運送到發射台的過程中,采用的是水平運輸的方式,這顯然沒有美國的垂直運輸來得方便。下圖是暴風雪號(左)和美國航天飛機的後視圖,其中紅色代表主引擎,黃色代表軌道調節用引擎,藍色部分是燃料貯存處。

  最初的設計(有些還早暴風雪計劃)有幾種,分別由米高揚、米亞西舍夫、切諾梅等設計局提出,各方案差別非常大,其中包括改良螺旋號飛船,使其可以用質子火箭發射的方案。其中一種設計甚至沒有機翼結構,這是為了使其更適合高速大迎角飛行;最後的著陸則通過降落傘調整。但最終蘇聯人還是采用了三角翼的設計。

  拜科努爾發射場為暴風雪號航天飛機和能源號火箭建造了3座發射台,但3號發射台從未使用過。

  暴風雪號的設計要求是可使用100次以上,能夠將30噸有效載荷送入200千米高、傾角50.7度的地球軌道;標准機組成員4人,包括正副駕駛員各一,另有2名從事艙外活動和其他領域研究的宇航員。在暴風雪號航天飛機上要能夠進行復雜的軍事研究。抵抗敵對國家的軍事活動也是暴風雪號的設計任務之一。同時研制暴風雪號的目的還有研究美國的航天技術以增強蘇聯的實力。

  另外,安東諾夫設計局還為解決暴風雪號的運輸問題專門設計了安-225“夢幻(Mryia)”大型運輸機。安-225於1985年開始設計,1989年首次背負暴風雪號飛行,是目前已有的體積最大、載重能力最強的飛機,迄今只生產了2架。它的原形是安-124,但采用的是雙垂直尾翼設計,運載能力比安-124提高了50%。

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真正的軌道飛行是在1988年11月5日,承擔任務的是OK-1K1。格林尼治時間3點,OK-1K1由能源號火箭從拜科努爾發射場2號發射台發射升空,進入一條近地點247公裡,遠地點256公裡的軌道。這是一次無人測試飛行,所以航天飛機的生命保障系統沒有運轉,其上也沒有安裝任何軟件。由於計算機存儲能力的限制,暴風雪號只環繞地球飛行了2圈,3小時25分鐘後成功返回地面。有傳言說這次飛行使OK-1K1遭受的損傷無法再恢復,OK-1K1也不能重返太空;但此說法未被官方證實。

  這次自動飛行的難度顯然要比美國1981年哥倫比亞號航天飛機有人駕駛的首航大得多。暴風雪號配備有小型引擎,可以在一定程度上實現有動力返航,如果第一次著陸失敗還可作二次飛行;它還可以通過機翼舵面調整飛行姿態,著陸時機動性也比美國的航天飛機強。

  從第一次飛行執行的任務看,這顯然不是計劃中唯一的一次無人飛行試驗,因為這次飛行連最重要的生命保障系統都沒有測試。自動飛行是很成功的,它順利抵抗住了速度達每小時34千米的側風,降落後機身中線與跑道中線距離只有5英尺。

  暴風雪號的成功首飛給各國帶來了很大影響,人們期待著它能夠早日作載人飛行。同年,前蘇聯發行了一枚以暴風雪號為主題的郵票。

  1988年首飛後,用於暴風雪計劃的資金瀕臨耗盡:僅僅是開發航天飛機系統本身就花費了13億盧布之巨,整個項目的開銷超過了200億盧布。而前蘇聯當局也逐漸考慮起龐大的投資與發展航天飛機帶來的益處之間的關系。暴風雪計劃在某種意義上加速了蘇聯的瓦解;而蘇聯解體後,昔日的計劃更是徹底失去了經濟支持。1991年,蘇聯軍方停止了對該計劃的撥款支持。1993年,暴風雪航天飛機機身的設計者,莫爾尼亞聯合體被迫承認,暴風雪計劃就此結束。他們希望能夠轉向開發其他小型航天設備,但因資金不足,只能作罷。

  自1988年至今,暴風雪號航天飛機沒有再進行過太空飛行,和平號空間站只能利用一次性飛船和美國航天飛機作為往返工具。按原計劃,第二架航天飛機將於1991年首飛,第3架則是在1992年建造完成,而首次載人飛行將在1994-1995年間進行。但由於政治和經濟原因,這一切都沒有實現。所有航天飛機只能存放在庫房中,任灰塵飛揚,儀器老化。而未完工的兩架則已在90年代中期被拆解。

  2002年,暴風雪號航天飛機中可以飛行的一架連同能源號火箭一道,因拜科努爾的廠房坍塌而被摧毀。至此暴風雪計劃在凄涼慘淡中徹底終結。

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能源號火箭







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lifei200196
伯爵 | 2009-5-26 00:29:48

短暫的“暴風雪”



發射暴風雪號的能源號火箭

  1988年11月15日,初冬的蘇聯拜科努爾發射場寒氣襲人。盡管如此,這天卻是一個適宜航天發射的好日子。一般而言,這樣的天氣是刮不起暴風雪的,然而就在這一天,這座發射場上卻意外刮起了一陣“暴風雪”,而且一直席卷到太空。這場奇特的“暴風雪”就是蘇聯的第一種航天飛機暴風雪號。

  蘇聯是繼美國之後第二個發射航天飛機的國家,但是它關於研制航天飛機的設想卻由來已久。早在第二次大戰結束時,蘇聯的科學家們就提出了研制一種超音速運輸機,並攜帶一次性使用助推器發射小型航天飛機的設想。1958年,蘇聯國防部在二十五年規劃中也提出研制航天飛機。1962年,著名的米高揚設計局完成了代號50-50的空天運輸機設計方案,這種航天器分為兩級,第一級是一架高超音速飛機,馱在它上面的航天飛機與其分離後由常規的火箭級推入軌道。米高揚設計局還建造出這種後掠角55度的短三角翼航天飛機的樣機,並成功地進行了三次飛行試驗。可是1969年,為了集中資源完成載人登月等航天計劃,蘇聯撤消了50-50工程。甚至在1972年,當得知美國宣布航天飛機計劃後,蘇聯也沒有立即做出反應,國家領導人勃列日涅夫明確表示:“蘇聯的科學家將把建造不斷換乘航天員的空間站作為人類通向太空的道路。”

  二十世紀七十年代,蘇聯在用於載人登月的N-1火箭連續四次失敗後撤消了登月計劃。此後,科羅廖夫設計局新任總設計師格魯什科提出了新的航天飛機計劃。1976年2月底,蘇聯政治局秘密授權研制暴風雪號航天飛機。

  像其他航天計劃一樣,蘇聯航天飛機計劃也一直被嚴密地置於“鐵幕”之後,外界對其知之甚少,只能依據間諜衛星或偵察飛機的探測結果進行分析和推測。

  1982年6月3日,日出後大約一刻鐘,一架澳大利亞皇家空軍第10中隊的P-3獵戶座海上偵察機轟鳴著掠過游弋在南印度洋科科斯島以南約560千米洋面上的7艘艦船上空,並開始盤旋拍攝。這些飄揚著鐮刀斧頭旗幟的蘇聯船只正回收剛剛濺落的一只航天器。當P-3偵察機低空掠過亞馬爾號船的甲板時,它發現了要找的東西:甲板上有一個飛機形狀的飛行器。偵察機立即拍攝了它的照片,從而顯示了宇宙 1374號的秘密。一個星期後,各國紛紛報道了蘇聯正在研制航天飛機的消息。

  宇宙1374號是西方第一次公開獲得蘇聯航天飛機計劃的可靠證據。它是一種暴風雪號航天飛機的縮比模型。在1982年6月到1984年12月之間,這種模型分別以宇宙1374、1445、1517和1614的代號進行了4次試驗飛行,前兩次試飛在印度洋回收,後兩次在黑海回收,主要用於試驗暴風雪號的碳碳防熱裝置。1986年至1988年,蘇聯又用常規火箭對1400千克的精確縮比模型進行了亞軌道飛行。

  暴風雪號在研制過程中曾遇到許多技術和協調方面的問題,特別是由於蘇聯首次采用液氧液氫火箭發動機,更增添了它的技術難度,因而進度一拖再拖,經費一增再增。1985年4月,鑒於這種被動的研制局面,蘇維埃政治局和國防部官員召集暴風雪號總工程師召開了一次高層會議,討論暴風雪號是否繼續研制的問題。而就在這時,發生了一件事。4月28日,蘇聯跟蹤雷達發現,搭載著天空實驗室3號的美國航天飛機挑戰者號俯衝後飛越莫斯科,然後又飛回到軌道上。蘇聯斷定這是一條轟炸航線,於是在政治局關於全力研制一種針對性武器的指示下,暴風雪號“起死回生”了。雖然這種說法不知是否確切,反正不到兩星期時間,暴風雪號又按計劃繼續研制了。

1987年,蘇聯的第一架航天飛機暴風雪號終於誕生了,盡管它比預定計劃晚了近8年時間。



暴風雪號的精確縮比模型

  暴風雪號的外形和美國的航天飛機非常相似,它全長36.4米、高16.5米,翼展23.9米,機身寬5.6米,起飛質量105噸,著陸質量82噸。機身表面也覆蓋了38000塊不同厚度的陶瓷防熱瓦,用於抵御再入大氣層時的高溫。暴風雪號也有一個直徑4.7米、長18.3米的有效載荷艙;乘員艙可乘坐10名機組人員。看到暴風雪號的外形,美國人嘲笑說蘇聯抄襲了美國航天飛機的設計,而蘇聯卻辯解說,這種相似純粹是氣動力學相同要求形成的結果。

  其實,暴風雪號和美國航天飛機也有不同之處,由於進行了一些創新設計,因此它在某些方面比美國航天飛機更合理。例如,暴風雪號沒有主發動機,只有尾部的兩台小型入軌發動機;它是由能源號運載火箭發射的,因而不像美國那樣有外掛推進劑貯箱和固體火箭助推器;它裝有計算機自動飛行控制系統,可以進行無人軌道飛行等。

  1988年1月20日,蘇聯選擇在美國挑戰者號航天飛機遇難兩周年前夕,通過電視正式向全世界宣布,蘇聯不久將發射自己的航天飛機,現正進行最後試驗。

  10多天後,暴風雪號開始進入發射准備階段。5月23日,對接在一起的能源號/暴風雪號被運到拜科努爾發射場進行綜合試驗。為了運送這個重4500噸的龐然大物,動用了4台同步大功率內燃機車。

  截止到6月10日,所有機械、液壓、氣動、動力系統和部件都完成了綜合試驗。試驗結果表明,情況基本正常,但航天飛機和運載火箭上控制系統存在問題,於是暴風雪號被運回安裝測試間進行調整。



能源號/暴風雪號組合體在發射台上

  1988年10月10日,當所有問題都解決後,暴風雪號運往發射場准備發射,遍布全國的發射系統隨著全部運轉起來。涅傑林元帥號測量船進入太平洋水域,航天員格奧爾基·多勃洛沃利斯基號測量船也到達南大西洋與太平洋之間的指定位置,在大西洋上部署了航天員弗拉基斯拉夫·沃爾科夫號和航天員巴維爾·別利亞耶夫號兩艘測量船。為保障發射通信,蘇聯動用了“虹”和“地平線”等衛星通信系統。      

  但是,這次發射在倒計時51秒時,方位修正儀表板未在規定時間內啟動,發射被迫停止。結果,一塊貌不起眼的儀表板中斷了測控台站和遠洋測量船隊等數以百計部門的工作。

  1988年11月15日,莫斯科時間上午6時整,蘇聯航天飛機暴風雪號由能源號重型火箭從拜科努爾航天中心發射升空。隨即,“發動機進入狀態”、“飛行正常”、“各系統工作穩定”等報告源源不斷傳來。飛行到40千米時,能源號的4枚助推火箭分離;2分30秒,暴風雪號到達60千米,8分鐘後到達100千米,這時能源號與暴風雪號分離。在160千米高空,暴風雪號攜帶的推進系統兩次點火,使它加速到入軌速度。發射47分鐘後,暴風雪號進入了一條近地點247千米、遠地點256千米、運行周期89.5分鐘、傾角51.6度的近圓形軌道。

  發射後2小時20分,暴風雪號繞地球飛行 2圈,地面控制人員指令其脫離軌道。在發動機的作用下,它在100千米高空再入大氣層。

  暴風雪號降落前15分鐘,蘇聯部長會議副主席別洛烏索夫,蘇共中央部長O·別列亞科夫、航空工業部部長A·錫斯佐夫和蘇聯上將A·馬科西莫夫乘車駛向降落地點,而他們到達後卻發現著陸區天氣很壞,風速達每秒20米。

  暴風雪號下降到40千米時,開始用升降副翼和氣動制動裝置減速。莫斯科時間上午9時25分,暴風雪號以340千米的時速衝向跑道,它的右起落架首先著地,接著是左起落架,再後是前起落架,最後依靠3具阻力傘減速,安全准確地降落在距發射台12千米外一條寬84米、長4500米的混凝土跑道上。

  這時,擔負護航任務的殲擊機從暴風雪號兩側飛過,然後返航。當暴風雪在跑道上滑行時,一輛輛橙黃色汽車向它急駛而去,早已等待在現場的人們也紛紛圍了上去。等到穿戴著防毒面具和防護服的勤務人員結束工作後,在場的人們激動地擁抱、親吻起來,很多人為這次成功的處女飛行,為這個歷時十余年秘密研制,耗費100多億美元,凝聚著1000多個研究所和工廠企業成千上萬名科技人員智慧的航天器的誕生流下了眼淚。

  對於暴風雪號的這次發射,蘇聯政府既未提前預告,也未電視直播,直到發射升空90分鐘後才宣布了發射成功的消息。蘇聯專家後來說,暴風雪號的處女航完成了所有預定的試驗任務,對各個系統進行了全面檢驗。航天飛機返回後,只有一兩塊防熱瓦脫落,這表明蘇聯在關鍵的防熱技術方面達到了先進水平。 他們認為,暴風雪號在無人駕駛條件下自動返航,並准確降落在狹長跑道上的難度,比美國有人駕駛的航天飛機大得多。暴風雪號成功的意義不亞於1957年蘇聯發射第一顆人造地球衛星。

  暴風雪號試飛成功後,人們預測兩年內蘇聯即可用它進行載人飛行,然而計劃趕不上變化。蘇聯解體後,軍方宣布停止為這個工程撥款,因為這種航天器雖然先進,但現有的航天計劃中還沒有任何重達25至30噸的載荷。因此,沒必要讓一輛重型卡車空著在公路上奔馳。

  1993年6月30日,暴風雪號航天飛機計劃因缺少葉利欽政府的資金支持而被迫放棄。為了取消航天飛機計劃,俄羅斯付出了超過200億盧布、技術專家不得不另謀生計的高昂代價。

  暴風雪號計劃就這樣退出了歷史舞台。已經完成或正在建造的航天飛機的結局都非常悲壯,2002年5月12日,第一架也是惟一參加過太空飛行的軌道器被完全拆解;第三架完成了百分之三十至五十,第四架僅完成了百分之十至十五,第五架也沒有避免被拆毀的厄運。比較幸運的要算是第二架小鳥號,蘇聯原計劃用它完成第二次無人太空飛行,並與和平號空間站對接,據說計劃取消後,它被拜科努爾航天中心博物館收藏。比較幸運的還有兩架用於結構和工程試驗的全尺寸模型機,一架被德國施派爾城的技術博物館以1000萬歐元購買,成為該博物館中最大的一件展品;另一架是莫斯科高爾基文化公園裡的玩具,在暴風雪號的貨艙中,48位游客可以一起體驗一次約兩個小時的“太空旅行”,票價是60000盧布。
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black69
伯爵 | 2009-5-26 15:54:41

可惜啊
蘇聯瓦解後  他也走入歷史了
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jinhua007
男爵 | 2009-5-26 17:37:16

本文最後由 jinhua007 於 2009-6-1 21:37 編輯

如果他願意賣給中國,我想中國政府會有興趣。
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quick01
禁止發言 | 2009-5-30 13:26:52

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