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          運載火箭

          發布人:   發布日期:2014/1/9 10:09:00  點擊次數:5893 次

          由多級火箭組成的航天運載工具,用于把人造衛星、載人飛船、空間站或空間探測器等有效載荷送入預定軌道。整個火箭主要由箭體結構、推進系統、制導和控制系統、安全自毀系統、外測與遙測系統等構成。火箭的每一級都有自己的箭體結構和動力裝置。末級有儀器艙,制導與控制系統、遙測系統以及安全系統的大部分設備裝在這里。火箭各級之間通過級間段連接。有效載荷裝在儀器艙上面,外有整流罩。
          火箭可采用串聯或串聯加捆綁兩種結構。串聯結構是指火箭各級依次同軸配置,縱向連接呈寶塔形。串聯式運載火箭最下面一級先工作,工作結束以后將已無用的推進劑貯箱和發動機或固體火箭發動機殼體拋掉,第二級再工作,依此類推。這種結構配置的優點是:對接機構相對簡單,火箭結構緊湊,總體結構功效高,因此起飛質量較小;級間分離干擾小,易于實現分離;氣動阻力小;裝配、運輸和發射簡單。缺點是:每一級都必須分別設計和研制,增加了研制成本和周期;需要高空點火的發動機相對多些,降低了可靠性;火箭長細比大,彎曲剛度差,對飛行中的彈性振動穩定不利,運輸和飛行中橫向載荷增大;火箭較長,增加了發射設備和勤務操作的困難。因此,串聯式火箭的級數選擇要綜合考慮,一般為2~4級。串聯加捆綁式結構是指火箭在第一級芯級外圍捆綁助推器。助推器的數量可根據運載能力的需要來選擇。捆綁式運載火箭的各助推器與芯級縱軸平行(或傾斜一個小角度),發射時可以是助推器先點火工作,推進劑耗盡后分離,然后芯級第一級發動機點火工作繼續飛行,也可以是助推器與芯級第一級發動機同時工作,然后依次拋掉或同時拋掉。捆綁式運載火箭可以有效地提高火箭的運載能力,其優點還表現在:長度短、箭體的彎曲剛度比細長火箭好;發射時各助推器與芯級第一級發動機可在地面同時點火,點火可靠性高;由于使用通用件或已有火箭組合,可以簡化和加快大型運載火箭研制工作,節省經費;各部分能做成可拆卸的,因此運輸比較方便。缺點是:火箭徑向直徑大,發射設備比較復雜;火箭部件多,全箭可靠性降低;助推器分離干擾大;氣動阻力大。一些運載火箭通過使用公共芯級而捆綁不同數目和類型的助推器來形成具有不同運載能力的運載火箭系列。有的運載火箭甚至助推器和芯級的第一級完全相同,通過模塊化組裝形成運載能力很大的重型運載火箭。
          運載火箭的主要技術指標有運載能力、入軌精度和可靠性。運載能力是指運載火箭能夠送入到預定軌道的有效載荷的質量。它隨著預定軌道的高度和傾角的增大而減小。因此,在表示運載能力時通常都應同時說明軌道高度和傾角。例如,中國長征二號F運載火箭的運載能力是:向高度200km×350km,傾角42°的軌道發射時,有效載荷的最大質量為8 t。火箭的入軌精度主要取決于控制系統的精度和采用的控制方法。火箭通常從專門的發射場發射,也有用機載發射和海上平臺發射的。一般情況下,火箭從地面垂直起飛,第一級火箭工作完畢后脫落,第二、三級依次接替工作,直到末級火箭工作完畢,火箭進入預定軌道,調整姿態,末級火箭與航天器脫離,完成其使命。
          追溯歷史, 20世紀50年代末,一些國家在戰略導彈的基礎上發展了許多運載火箭,最初主要用于發射政府和軍用的有效載荷,如美國的雷神、宇宙神、德爾它、偵察兵,前蘇聯的衛星號、東方號、聯盟號、閃電號,以及中國的長征一號。20世紀90年代國際航天發射市場方興未艾,美國、俄羅斯和烏克蘭、歐空局、日本、印度和中國均在已有火箭基礎上推出軍民兩用運載火箭。以色列也在1988年成功發射了沙維特火箭。它們是目前具備自主發射能力的一些國家和組織,其它國家衛星的發射都是利用它們的運載火箭。
          目前在役的火箭有美國的宇宙神5和德爾它4系列、俄羅斯的質子號和聯盟號系列、烏克蘭的旋風號和天頂號、歐洲的阿里安5系列、日本的H系列、印度的衛星運載火箭、以色列的沙維特火箭和中國的長征系列運載火箭等。上述火箭中的最大近地軌道運載能力達到22t,最大同步轉移軌道運載能力達到13 t。此外,為滿足政府、軍用和商用小型有效載荷的快速發射需求,美國和俄羅斯還用退役的導彈改造和研制了一些小型運載火箭,如美國的飛馬座、金牛座、米諾陶和法爾肯,俄羅斯的起跑號、隆聲號、第聶伯、波浪號、飛箭號和靜海號等。21世紀初,美國為執行重返月球、載人登陸火星等深空探測任務,開始研制阿瑞斯1和阿瑞斯5火箭。阿瑞斯5是重型載貨運載火箭,近地軌道運載能力將達到125t,近月軌道運載能力將達55t
          經過近50年的發展,世界運載火箭取得了一系列技術進步,從多級串聯到多級串聯加捆綁,從常規推進到低溫推進,近地軌道運載能力從幾百千克到上百噸,火箭發射的軌道從地球低軌道到地球高軌道、從月球軌道到行星際軌道,發射方式從一箭一星到一箭多星、從無人返回到載人飛行,逐步實現系列化、模塊化和通用化,發射成本降低,可靠性增高。今后運載火箭的飛行還將向深空拓展,朝部分可回收和部分可重復使用的方向發展,有效載荷日趨軍民兩用。
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