火箭的家族

火箭的实质是一种无人驾驶的飞行器，也叫空间运载工具。它的任务就是把称为有效载荷的人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机、星际探测器等送入各自的空间轨道，去完成它们的使命。

早期的火箭是单级的，现代火箭大多是多级型。多级火箭的思想是 20 世纪初俄国科学家齐奥尔科夫斯基提出来的。他大胆地提出月亮、星际旅行的设想，并指出只有用液体作推进剂的多级火箭才能完成宇宙航行的任务。与此同时，他还推出了著名的齐奥尔科夫斯基公式，为宇宙航行的理论工作做出了重大贡献。

但是他的想法并不完全对，因为火箭不光用液体燃料，固体燃料、固液混合燃料也可以用。在液体火箭技术方面，美国学者高达德取得了巨大的成就。从目前来看，现代火箭大部分使用液体燃料。像 1996 年 6 月 4 日失事的

阿丽亚娜 5 号运载火箭就是这样。当然，固体燃料火箭也不少，如美国“侦

察兵”型运载火箭，阿丽亚娜 5 号的两个助推火箭正是使用了固体燃料。液体、固体火箭都是化学推进剂运载火箭，它们用在地球范围、月球范围和太阳系内的行星际航行已游刃有余；把它用在太阳系以外的恒星际航行与漫游的探测器上，也会有很大的把握；但如果把它用在太阳系以外的实际恒星际载人航行上，则显得太慢，有一种老牛拉破车的感觉。所以新型运载火箭，像电子火箭、核火箭和光子火箭正在研制中。

火箭外型看起来像个长长的细管，头部尖尖的，所以这样设计是为了克服大气的阻力。不过，这个细管并不是笔直的，常常有微微凹进和凸出的部分，我们知道它是一节一节的，这叫多级火箭。多级火箭有两种首尾相接的方式，一是单纯的串联式，是一节一节地联起来的，像阿丽亚娜 1 号、2 号火箭就是这样；再有就是串并混合式。它往往是上面一级串联，下面一级并联，是捆起来的，像阿丽亚娜 3 号、4 号、5 号，我国的长征号捆绑式运载火箭，从意思上说都是串并联合式。当然不管是采取何种形式，都力求使用多级火箭，增加运载能力，多带些东西上天。

整个运载火箭由箭体结构、动力装置、控制系统、分离系统等部分组成。箭体结构就是运载火箭的骨骼架子，它有仪器舱、推进剂箱和尾段，头部的

帽子——整流罩也可以包括在里面。大型的运载火箭还有尾巴——尾翼。箭体结构就像人的结构一样，它的主要功用是装置各种器官和实用物；不同的是，这些器官和实用物是各种仪器设备、发动机和推动剂等。

火箭的动力装置，就是帮助火箭使劲的东西，包括发动机和液体推进剂输送系统。它的任务是解决火箭的能量和动力问题。运载火箭都使用火箭发动机，它的特点是无需外来氧气，自己已经带足了氧化剂和燃烧剂，准备在真空中燃烧。如前面所说，固体火箭和液体火箭是不同的，其燃烧过程也有差别。液体火箭发动机装的是像水一样的液体。需要如水泵一样的输送系统抽取燃料。液氢液氧是一种常见的低温高能推进剂，极容易燃烧，不容易储存，但用在运载火箭上却很方便。火箭发动机不能出故障，否则整个发射会功篑一瞬。1995 年 3 月 28 日，俄罗斯用“起飞号”运载火箭发射一颗以色列卫星、两颗本国卫星以及墨西哥的试验仪器时，由于发动机失灵，10 分钟后火箭爆炸。

固液体火箭的燃料一定要封密好，如果稍有泄漏，就会酿成大祸。1986 年 1 月 28 日，美国卡纳维拉尔角宇航中心，火箭发射一分钟后，由于右侧固体助推火箭圆筒焊接处的密封圈出了问题，使火箭燃烧的火焰窜出来，烧坏了机外燃烧舱的液氢容器，最后造成助推火箭和机外燃烧舱分离，进而猛烈爆炸，致使搭载飞船的七名机组人员遇难。

控制系统，就像人的神经系统一样，它能指挥火箭进行各种行动，包括制导系统、姿态控制系统、发射系统等。控制系统的任务是使运载火箭保持正常的运行姿态，该偏就偏，该正就正。运载火箭的制导系统有惯性制导和无线电制导。惯性制导是依靠运载火箭的设备来指导自己运行；无线电制导要通过他人来帮助，地面雷达将测出的运载火箭方位与速度进行比较，对运载火箭的偏差进行修正，同时按时发布火箭发动机熄火、关闭的信号。

控制系统是很重要的，它就如同人走路不能出偏差一样。统计资料表明，相当一部分航天发射事故均出于此。以 1995 年为例，八起航天发射事故，四起就是控制系统出了问题：1 月 15 日，日本用 M—36—2 固体火箭发射德日联合研制的“快车号”返回式卫星，火箭起飞后 103 秒开始摇摆，地面站只好发出指令让其星箭俱毁；6 月 22 日，美国用“飞马座”—XL 空射小型火箭发射空军一个小型试验卫星时，第二次点火后的火箭失去控制而偏离预定轨道，发射场官员只好发出自毁指令；8 月 15 日，美国用新研制的 LLV—I 小型火箭进行首次发射时，由于第二级火箭姿态失控，在发射后 106 秒时，发射场官员只好向星箭发出自毁指令；10 月 23 日，美国私人投资的“大篷车” 小型固体火箭从美国弗吉尼亚洲瓦洛普斯发射 45 秒后箭体倾斜，爆炸后坠入大西洋。

运载火箭的分离系统，就是自动分开的系统，它包括人造天体与末级火箭的分离、卫星整流罩的分离等。分离系统也不可忽视，这就像生孩子一样，如果不能分离或者分离不准，很可能会造成发射不能最终成功的缺憾。这里有两个典型的例子：

1995 年 8 月 5 日，美国用“德尔它”火箭发射韩国第一颗国内通信卫星时，由于捆绑在第一级火箭周围九个固体助推器中的一个没有分离，致使火箭把卫星送入偏低轨道。后来经过地面 17 次操纵指令，该卫星虽然被推上地球同步轨道，但卫星燃料消耗过多，卫星寿命减半。

又如 1995 年 8 月 31 日，在俄罗斯用“旋风”号火箭发射乌克兰的海洋

观测卫星和智利的 50 千克重的小卫星时，由于分离机构的故障，使智利卫星未能与主卫星分离，这样，乌克兰卫星也无法进行通信试验和对地观测。

运载火箭有大有小，这常常由它所搭载的人造天体和飞行轨道所决定。如果飞行轨道不高，而人造天体不很大很重，那么火箭起飞要求的重量较小；当人造天体重量不大，而飞行轨道很高时，那么火箭起飞的重量也大。目前，各种卫星、飞船以及空间站的运行轨道都比较高，重量大，所以运载火箭也都是些体壮身高的庞然大物。一般地说，它们多为几百吨，重的也有二、三千吨的；高约为 30 米左右，也有四、五十米的，粗为三米左右，也有达 10 米的。但它所能携带天体的质量一般只有火箭起飞重量的 1％～2％。像阿丽亚娜 5 号火箭直径达 5.4 米，固体助推火箭直径为 3.01 米，整个火箭高五十

多米，起飞质量为 710 吨，起飞推力为 1300 吨，双星同步轨道运载能力为

5.9 吨，单星发射同步轨道运载能力为 6.8 吨，低轨道为 18 吨。