火箭

概述

中国早期的火箭
火箭是以热气流高速向后喷出,利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂,不依赖空气中的氧助燃,既可在大气中,又可在外层空间飞行。火箭在飞行过程中随着火箭推进剂的消耗,其质量不断减小,是变质量飞行体。
现代火箭可用作快速远距离运送工具,如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具,以及其他飞行器的助推器等。如用于投送作战用的战斗部(弹头),便构成火箭武器。火箭是目前(截止2009年)唯一能使物体达到宇宙速度,克服或摆脱地球引力,进入宇宙空间的运载工具,而火箭的速度是由火箭发动机工作获得的。

历史

    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。
    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。1975年,用更大推力的火箭── “长征2号”,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,先后发射地球同步试验通信卫星的成功表明,在现代火箭技术方面中国已跨入世界先进行列。 

发展

    
现代火箭
中国火箭技术传到欧洲之后,曾被列为军队的装备。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,前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。
    另外一方面,苏联的火箭研究在科罗廖夫的领导下进行中。从来自德国技术人员的协助,V2火箭被复制及改进成为R-1、R-2及R-5导弹。原德国的设计在1940晚期被放弃,而这些德国工作人员被遣送回国。由Glushko建造的新系列引擎及基于Aleksei Isaev的发明形成了最初的洲际导弹R-7。R-7发射了第一颗卫星、第一个太空人及第一个月球探测器及行星际探测器,直到现在还在使用。到了1960年代形成了火箭科技极速发展的时代,包括苏联(东方号、联合号、质子号)及美国(X-20飞行器、双子星号),以及其他国家的研究如英国、日本、澳大利亚等等。最终导致了60年代末期的土星5号载人登陆月球,使纽约时报收回以前认为太空任务不可能成功的社论。

分类

    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、固态火箭发动机、液态火箭发动机、混合式火箭发动机、电气火箭发动机、离子发动机等。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。
    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。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。