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科普篇
火箭发展史

    现代火箭起源

    现代火箭诞生自罗伯特•高达德将超音速的喷嘴装上液态燃料火箭引擎燃烧室。

    这种喷嘴将燃烧室中的热气体转成较冷的超音速喷射气体,使推进力增加超过二倍,且大幅地增加了效率。而在此之前,早期的火箭因为热能随气体排放被浪费了,使得效率很低下。

    1926年3月16日,罗伯特•高达德在美国马萨诸塞州奥本镇发射了世界第一枚液态燃料火箭。19世纪20年代,美国,奥地利,英国,捷克,斯洛伐克,法国,意大利,德国及俄国相继出现研究火箭的组织,20年代中期,德国科学家开始试验能到达高空及长距离的液体火箭。

    1932年,魏玛防卫军(1935年后改称德意志国防军)开始对火箭技术感兴趣,当时有强烈抱负理想的年轻火箭科学家冯布劳恩与二位前火箭学会的成员加入了军队,发展纳粹德国用于二次大战的长程武器,尤其是后来声名大噪的V2火箭的前身A系列火箭。1943年开始,V2火箭开始制造。V2火箭拥有350公里的作战距离以及搭载1000公斤阿玛图炸药的弹头,此运载器与现代火箭只有极少数不同:包括涡轮泵,惯性导引装置及其它许多特性。虽然无法栏截它们,但V2火箭仍无法准确描准军事目标。

    运载火箭诞生

    运载火箭是由多级火箭组成的航天运载工具。通常,运载火箭将人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道。任务完成后,运载火箭往往被抛弃重新坠落地面。

    自1957年10月4日,前苏联用“SS-6”洲际导弹改装成运载火箭将世界上第一颗人造地球卫星送入近地轨道,从此运载火箭作为航天运载工具正式登上历史舞台以来。前苏联“东方号”系列是世界上第一个航天运载火箭系列,包括“卫星号”、“月球号”、“东方号”、“上升号”、“闪电号”、“联盟号”、“进步号”等型号,后四种火箭又构成“联盟号”子系列火箭。

    自1957年苏联首次利用运载火箭发射第一颗人造卫星,至20世纪80年代,世界各国已研制成功20多种大、中、小型运载火箭。比较著名的有苏联的“东方号”系列运载火箭、美国的“大力神”系列运载火箭、日本的“H”系列运载火箭等。中国则在液体弹道式导弹基础上研制出了“长征”系列火箭。

    迄今为止,运载火箭已形成能适应各种航天发射需求的若干系列,并已走过它的两个里程碑。

    第一个里程碑用导弹改装。在运载工具的研制方面,最发达的国家是前苏联、美国、法国、中国、日本和印度。这些国家在运载工具的发展初期,为了抢时间,几乎都采用同一种发展模式,即用导弹稍加改装,使其适应不同卫星的发射需要。

    第二个里程碑研制新型火箭。60年代,前苏联为了发射“礼炮号”轨道站,专门研制了一种“质子号”运载火箭。这是一种串并联式的多级运载火箭,第一级安装6台单燃烧室液体火箭发动机,总推力达1万千牛。“质子号”运载火箭于1965年投入使用以来,除发射“礼炮号”轨道站外,还成功地发射了“质子-4号”宇宙飞船。后来在3级运载火箭基础上,又加了一级推力为83千牛的第4级,曾将“探测器-4号”至“探测器-8号”、“月球-15号”至“月球-24号”、“金星-9号”至“金星-16号”、“火星-2号”至“火星-7号”等探测器,以及“虹”、“荧光屏”、“地平线”、“宇宙号”等系列卫星送入太空。从发射的结果来看,“质子号”称得上是一种具有高可靠性的、有多种发射功能的运载工具,成功率约为93%。现已成为一种为商业性服务的运载火箭。

    60年代,美国为执行“阿波罗”登月计划,专门研制了“土星型”运载火箭系列。主要有“土星1”、“土星1B”和“土星V”等几种型号。其中,“土星1”为一种试验型的两级运载火箭,第一级运载装置由8台“H-1”液体火箭发动机组成,总推力为67000千牛;第二级由6台总推力为408千牛的液体火箭发动机组成。入轨高度185公里时的最大有效载荷为10.2吨。为了改进“土星”火箭及确定“阿波罗”飞船的总体方案,“土星1”于1961年至1965年从卡纳维拉角共发射10次,其中有5次把“阿波罗”飞船的主体舱段发射入轨。

    为了抗衡前苏联和美国在航天领域的强大发展势头,1972年法国建议西欧10国联合组成欧洲航天局(ESA),共同研制“阿丽亚娜”运载火箭。1973年7月研制计划获得批准。法国空间研究中心(CNES)负责“阿丽亚娜”火箭的计划管理,航空航天公司负责总装。迄今,“阿丽亚娜”运载火箭系列已发展了从“阿丽亚娜I”至“阿丽亚娜V”共5个型号。

    日本为了争当航天大国,已研制成功M系列(又称谬系列)和H系列两大类运载火箭。其中,M系列是由日本宇宙科学研究所研制的,主要用于发射科学研究卫星和空间探测器。H系列(包括以前的N系列)是日本宇宙开发事业团(NASDA)负责研制的,主要用于发射应用卫星。

    中国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。1964年6月29日,中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后,即着手研制多级火箭,向空间技术进军。经过了五年的艰苦努力,1970年4月24日“长征1号”运载火箭诞生,首次发射“东方红1号”卫星成功。中国航天技术迈出了重要的一步。“长征”系列火箭已经走向世界,享誉全球,在国际发射市场占有重要一席。

    民营火箭发展

    世界最为著名的民营航天企业,是美国的SpaceX公司。该公司于2002年6月建立,开发了可部分重复使用的猎鹰1号和猎鹰9号运载火箭,同时开发Dragon系列的航天器以通过猎鹰9号发射到轨道。SpaceX主要设计、测试和制造内部的部件,如 Merlin、Kestrel和 Draco 火箭发动机。

    2008年SpaceX获得NASA正式合同。2012年10月,SpaceX龙飞船将货物送到国际空间站,开启私营航天的新时代。2015年3月1日,SpaceX的猎鹰9号发射,将世界上第一批全电动通信卫星送入预定轨道。 2015年12月21日,SpaceX成功发射Falcon 9火箭,并且一级火箭已经成功回收,创造了人类太空史的第一。目前SpaceX运载的全部11颗ORBCOMM卫星已经输送到预定轨道。

    零壹空间则是中国国内首家民营自研商业火箭公司。2017年12月22日,重庆零壹空间公司自主研制的固体火箭发动机整机试车成功,标志着零壹空间成为国内首家掌握固体火箭发动机核心技术的民营企业。其自主研制的商业火箭也将于2018年5月首飞。(完)

编辑:刘春雪
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