来自当知百科
跳转到: 导航搜索
中国“长征”2号火箭
中国“长征”3号火箭
起飞时的中国“长征”1号火箭

  依靠火箭发动机向后喷射工质产生的反作用力而推进的飞行器。它自身携带燃料与氧化剂,不需要空气中的氧助燃,既可在大气中,又可在没有大气的外层空间飞行。现代火箭是快速远距离投送工具,可用于探空,发射人造卫星、载人飞船、航天站以及助推其他飞行器等。它用于投掷弹头,便构成火箭武器,其中可制导的又称为导弹。

目录

简史

  火箭起源于中国,是中国古代重大发明之一。古代中国火药的发明与使用,给火箭的问世创造了条件。北宋后期,民间流行的能升空的 “流星” (后称“起火”),已利用了火药燃气的反作用力。按其工作原理,“起火”一类的烟火就是世界上最早的用于玩赏的火箭。南宋时期,出现了军用火箭。到明朝初年,军用火箭已相当完善并广泛用于战场,被称为“军中利器”。明代初期兵书《火龙神器阵法》和明代晚期兵书《武备志》以及其他有关中外文献,均详细记载了中国古代火箭的形制和使用情况。仅《武备志》便记载了20多种火药火箭,其中的“火龙出水”已是二级火箭的雏型(见中国古代火箭)。

  中国火箭传到欧洲之后,曾被列为军队的装备。但早期的火箭射程近,射击散布太大,被后来兴起的火炮所取代。第一次世界大战后,随着技术的进步,各种火箭武器又迅速发展起来,并在第二次世界大战中显示了威力。

  19世纪末20世纪初,液体燃料火箭技术开始兴起。1903年,俄国科学家Κ.Э.齐奥尔科夫斯基提出建造大型液体火箭的设想和设计原理。1926年,美国火箭技术科学家R.H.戈达德试射了第一枚无控液体火箭。1944年,德国首次将有控弹道式液体火箭V-2用于战争。 第二次世界大战后,苏联和美国等相继研制出包括洲际导弹在内的各种火箭武器和运载火箭。在发展现代火箭技术方面,德国工程师W.von布劳恩,苏联科学家С.П.科罗廖夫和中国科学家钱学森等都作出了杰出的贡献。

  1949年中华人民共和国成立后,组建了研制现代火箭的专门机构,在“独立自主,自力更生”的方针指导下,卓有成效地研制出多种类型的火箭,并于1970年用“长征” 1号三级火箭成功地发射了第一颗人造地球卫星(见图)。1975年,用更大推力的火箭──“长征”2号(见彩图),发射了可回收的重型卫星。1980年,向南太平洋海域成功地发射了新型运载火箭。1982年,潜艇水下发射火箭又获成功。特别是1984年4月8日和1986年2月1日,用装有液氢液氧发动机的“长征”3号火箭(见彩图),先后发射地球同步试验通信卫星的成功表明,火箭发源地的中国,在现代火箭技术方面已跨入世界先进行列。


分类与组成

  火箭通常可分为固体与液体火箭,有控与无控火箭,单级与多级火箭,近程、中程与远程火箭等。火箭的种类虽然很多,但其组成部分及工作原理是基本相同的。除有效载荷外,有控火箭必不可少的组成部分有动力装置、制导系统和箭体。

动力装置

  是发动机及其推进剂供应系统的统称,是火箭赖以高速飞行的动力源。其中,发动机按其工质,可分为化学火箭发动机、核火箭发动机、电火箭发动机等。当前广泛使用的是化学火箭发动机,它是靠化学推进剂在燃烧室内进行化学反应释放出的能量转化为推力的。在发动机效率相同的情况下,单位时间内燃烧与喷射的物质越多,喷射速度越大,发动机推力就越大。在推力相同的情况下,结构重量越轻,单位时间内消耗推进剂越少,发动机性能就越高。推力与推进剂每秒消耗量之比称为比推力,它是鉴定发动机性能的主要指标。比推力越大越好,其大小与发动机设计、制造水平有关,但更主要的是取决于选用什么推进剂。火箭发动机推力的大小,是根据其特点和用途选定的,小到以毫克计,如电火箭发动机;大到上千吨,如美国航天飞机的固体助推发动机(见导弹推进系统)。

制导系统

  有了足够的推力,火箭便可克服地球引力而飞离地面。但对有控火箭而言,为保证在飞行过程中不致翻滚,而且准确地导向目标,还需有制导系统。该系统的功用是实时地控制火箭的飞行方向、高度、距离、速度以及飞行姿态等,亦即控制火箭的质心运动和绕质心的转动(俯仰、偏航与滚动),使火箭稳定而精确地飞抵目标(见导弹制导系统)。制导系统地日臻完善和精度的迅速提高,是现代火箭技术的一大特点。

箭体

  是火箭另一个不可缺少的组成部分,火箭的各个系统都安装其上,并容纳大量的推进剂。箭体结构除要求具有空气动力外形外,还要求在完成既定功能的前提下,重量越轻越好,体积越小越好。在起飞重量一定时,其结构重量轻,则可得到较大的飞行速度或距离。火箭发动机熄火点的理想速度(不计速度的重力损失与空气阻力损失)Vk可表示为: ,式中ω代表推进剂燃气的有效流速,其大小取决于发动机的性能; ,Mk代表熄火点的火箭质量,主要是箭体结构质量;Mo代表起飞时的火箭质量。

  从上式可以看出,当火箭起飞质量Mo一定时,Mk越小, μk小,则末速Vk越大,即飞行距离越远;或者当飞行距离一定时,Mk小,Mo亦小,即火箭可以造得小些。

  减轻箭体结构重量的途径,除设计技巧和工艺方法外,结构材料和结构型式的选择也很重要。从结构材料看,钢材比铝材强度高得多,但因钢的比重几乎是铝的3倍,因而论比强度(强度极限σb与比重γ之比),铝合金比钢反而更优越,具有同样功能的箭体结构,铝合金制的比钢的轻。所以,铝合金成为现代火箭箭体的基本材料。另外,比强度很高的非金属复合材料也开始得到应用。从结构型式看,单级火箭比较简单,近、中程火箭多采用这种型式。但要想以较小的起飞重量得到很大速度和飞向宇宙空间,就必须采用多级火箭的结构型式,即在飞行中将已经用过的发动机和推进剂贮箱等及时抛掉,然后起动下一级火箭,以便“轻装前进”。因此,远程火箭及运载火箭一般都由2~4级组成,有些小型火箭为获得高性能,也采用多级结构。

  除上述三大系统之外,还有电源系统,有时还根据需要在火箭上安装初始定位定向、安全控制、无线电遥测以及外弹道测量等附加系统。

现状与发展趋势

  近40年来,火箭技术得到了飞速发展和广泛应用,其中尤以各种可控火箭武器和空间运载火箭发展最为迅速。从火箭炮到反坦克、对付飞机和舰艇以及攻击固定目标的各类有控火箭武器,均已发展到相当完善的地步,反导弹、反卫星火箭武器也正在研制和完善之中。各类火箭武器正继续向高精度、反拦截、抗干扰和提高生存能力的方向发展。在地地导弹基础上发展起来的运载火箭,已广泛用于发射各种卫星、载人飞船和其他航天器。到80年代初,苏、美两国已经分别研制出六七个系列的运载火箭。其中,美国载人登月的“土星”5号火箭,直径10米,长111米,起飞重量约2930吨,低轨道运载能力为127吨,是当前世界上最大的火箭。运载火箭正朝着高可靠、低成本、多用途和多次使用的方向发展。航天飞机的问世就是这一发展趋势的一种体现。火箭技术的快速发展,不仅将提供更加完善的各类火箭武器,还将使建立空间工厂、空间基地以及星际航行等成为可能。

个人工具
名字空间

变换
查看
操作
导航
工具箱