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发布人:   发布日期:2014/1/9 10:09:00  点击次数:4455 次

由多级火箭组成的航天运载工具,用于把人造卫星、载人飞船、空间站或空间探测器等有效载荷送入预定轨道。整个火箭主要由箭体结构、推进系统、制导和控制系统、安全自毁系统、外测与遥测系统等构成。火箭的每一级都有自己的箭体结构和动力装置。末级有仪器舱,制导与控制系统、遥测系统以及安全系统的大部分设备装在这里。火箭各级之间通过级间段连接。有效载荷装在仪器舱上面,外有整流罩。
火箭可采用串联或串联加捆绑两种结构。串联结构是指火箭各级依次同轴配置,纵向连接呈宝塔形。串联式运载火箭最下面一级先工作,工作结束以后将已无用的推进剂贮箱和发动机或固体火箭发动机壳体抛掉,第二级再工作,依此类推。这种结构配置的优点是:对接机构相对简单,火箭结构紧凑,总体结构功效高,因此起飞质量较小;级间分离干扰小,易于实现分离;气动阻力小;装配、运输和发射简单。缺点是:每一级都必须分别设计和研制,增加了研制成本和周期;需要高空点火的发动机相对多些,降低了可靠性;火箭长细比大,弯曲刚度差,对飞行中的弹性振动稳定不利,运输和飞行中横向载荷增大;火箭较长,增加了发射设备和勤务操作的困难。因此,串联式火箭的级数选择要综合考虑,一般为2~4级。串联加捆绑式结构是指火箭在第一级芯级外围捆绑助推器。助推器的数量可根据运载能力的需要来选择。捆绑式运载火箭的各助推器与芯级纵轴平行(或倾斜一个小角度),发射时可以是助推器先点火工作,推进剂耗尽后分离,然后芯级第一级发动机点火工作继续飞行,也可以是助推器与芯级第一级发动机同时工作,然后依次抛掉或同时抛掉。捆绑式运载火箭可以有效地提高火箭的运载能力,其优点还表现在:长度短、箭体的弯曲刚度比细长火箭好;发射时各助推器与芯级第一级发动机可在地面同时点火,点火可靠性高;由于使用通用件或已有火箭组合,可以简化和加快大型运载火箭研制工作,节省经费;各部分能做成可拆卸的,因此运输比较方便。缺点是:火箭径向直径大,发射设备比较复杂;火箭部件多,全箭可靠性降低;助推器分离干扰大;气动阻力大。一些运载火箭通过使用公共芯级而捆绑不同数目和类型的助推器来形成具有不同运载能力的运载火箭系列。有的运载火箭甚至助推器和芯级的第一级完全相同,通过模块化组装形成运载能力很大的重型运载火箭。
运载火箭的主要技术指标有运载能力、入轨精度和可靠性。运载能力是指运载火箭能够送入到预定轨道的有效载荷的质量。它随着预定轨道的高度和倾角的增大而减小。因此,在表示运载能力时通常都应同时说明轨道高度和倾角。例如,中国长征二号F运载火箭的运载能力是:向高度200km×350km,倾角42°的轨道发射时,有效载荷的最大质量为8 t。火箭的入轨精度主要取决于控制系统的精度和采用的控制方法。火箭通常从专门的发射场发射,也有用机载发射和海上平台发射的。一般情况下,火箭从地面垂直起飞,第一级火箭工作完毕后脱落,第二、三级依次接替工作,直到末级火箭工作完毕,火箭进入预定轨道,调整姿态,末级火箭与航天器脱离,完成其使命。
追溯历史, 20世纪50年代末,一些国家在战略导弹的基础上发展了许多运载火箭,最初主要用于发射政府和军用的有效载荷,如美国的雷神、宇宙神、德尔它、侦察兵,前苏联的卫星号、东方号、号、闪电号,以及中国的长征一号。20世纪90年代国际航天发射市场方兴未艾,美国、俄罗斯和乌克兰、欧空局、日本、印度和中国均在已有火箭基础上推出军民两用运载火箭。以色列也在1988年成功发射了沙维特火箭。它们是目前具备自主发射能力的一些国家和组织,其它国家卫星的发射都是利用它们的运载火箭。
目前在役的火箭有美国的宇宙神5和德尔它4系列、俄罗斯的质子号和号系列、乌克兰的旋风号和天顶号、欧洲的阿里安5系列、日本的H系列、印度的卫星运载火箭、以色列的沙维特火箭和中国的长征系列运载火箭等。上述火箭中的最大近地轨道运载能力达到22t,最大同步转移轨道运载能力达到13 t。此外,为满足政府、军用和商用小型有效载荷的快速发射需求,美国和俄罗斯还用退役的导弹改造和研制了一些小型运载火箭,如美国的飞马座、金牛座、米诺陶和法尔肯,俄罗斯的起跑号、隆声号、第聂伯、波浪号、飞箭号和静海号等。21世纪初,美国为执行重返月球、载人登陆火星等深空探测任务,开始研制阿瑞斯1和阿瑞斯5火箭。阿瑞斯5是重型载货运载火箭,近地轨道运载能力将达到125t,近月轨道运载能力将达55t
经过近50年的发展,世界运载火箭取得了一系列技术进步,从多级串联到多级串联加捆绑,从常规推进到低温推进,近地轨道运载能力从几百千克到上百吨,火箭发射的轨道从地球低轨道到地球高轨道、从月球轨道到行星际轨道,发射方式从一箭一星到一箭多星、从无人返回到载人飞行,逐步实现系列化、模块化和通用化,发射成本降低,可靠性增高。今后运载火箭的飞行还将向深空拓展,朝部分可回收和部分可重复使用的方向发展,有效载荷日趋军民两用。