火箭家族的派生
来源:世界科技百科 专题: 发布时间:06-08
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字宙航行的任务.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, 而人造天体不很大却很重, 那么火箭起飞要求的重量很大;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. |