向海陆空进军
来源:世界科技百科 专题: 发布时间:06-08
火箭从点火起飞开始, 到把人造天体送入预定轨道, 这一飞行阶段叫发射阶段.火箭飞行所经的路线叫发射轨道.发射阶段一般分加速飞行段、惯性滑行段和再加速段三个部分, 这就如一辆汽车先加速、再滑行、再加速一样.下面仅以一枚三级运载火箭发射一般轨道的人造天体为例, 介绍一下火箭的发射过程.
首先, 人造天体及运载火箭在工厂制造完成后, 要分别进行总装试验, 合格后才由大型运载车辆将其运到发射场.像上面所讲的阿丽亚娜5 号运载火箭, 原本在6 月4 日发射, 但在前一天6 月3 日清晨, 火箭才由总装厂房转送到发射区, 四周可通行的道路全部被封锁, 直升机在空中巡逻, 以防某些人员图谋不轨.
火箭运到发射场后要进行调装, 并进行推进剂加注以及各种测试, 准备点火.阿丽亚娜5 号火箭在起飞前几个钟头一直不顺利, 先是凌晨下了大雨, 后来又转为多云加小雨.到上午8 点30 分左右, 仍无法发射, 地面控制中心的大屏幕上一直有两个红条, 分别表明天气和气象条件不具备.9 点27 分左右, 大屏幕上出现了绿条, 表明发射条件成熟, 此时发射进入倒计时.
运载火箭第一级发动机点火后, 巨大的轰鸣声震天动地, 火箭拔地而起, 直冲云霄, 此时加速飞行开始.经过几十秒钟, 运载火箭开始按预定计划向预定方向拐弯.再过几十秒钟, 火箭穿过稠密的大气层, 到达六七十公里的高空.第一级火箭关机熄火后, 自动分离并掉下来.接着第二级发动机点火, 推进第三级火箭和人造天体继续加速前进, 此时火箭的飞行轨道变得开始向地面弯曲.同样, 第二级火箭按计划熄火分离, 到这个时候火箭的加速飞行段已结束.在地球的引力以及自身的惯性作用下, 火箭携着人造天体开始自由滑行.当第三级火箭到达与天体预定轨道相切的位置时, 第三级火箭点火并进行加速, 一直等到人造天体达到所需的环绕速度时, 它才把人造天体弹出.第三级火箭关机熄火.至此, 运载火箭的整个使命就完成了.
当然, 如果要发射地球同步卫星、载人登月飞船、星际探测器, 那么火箭的运行轨道就复杂得多了.因为不同的人造天体的轨道是不一样的, 按圆与扁来分有整圆和椭圆两种.地球静止轨道就是整圆, 1984 年我国发射的静止通信卫星, 采用的就是这种轨道;如果按轨道高度和倾角来分, 也有各种各样的轨道, 如极地轨道、地球同步轨道、太阳同步轨道等.我国发射的`风云一号'气象卫星采用的就是太阳同步轨道.
一般地讲, 火箭轨道的运行与发射任务紧密相关.如发射地球静止轨道的卫星, 必须先把卫星送入初始轨道, 当卫星飞临赤道上空时, 火箭再次点火, 卫星进入远日点高度为35, 800 公里的转移轨道;最后当卫星临近椭圆轨道的远日点时, 再次点火加速, 卫星最终进入地球静止轨道.这就是说, 火箭分别跨过了卫星的几种轨道.
再如, 发射返回式卫星时, 反推火箭是很有意思的东西.一方面反推火箭要调好姿态, 它是帮助卫星减速而不是再次加速.这里有一个令人哭笑不得的故事.1959 年8 月13 日, 美国`发现者5 号'卫星返回时, 由于火箭把方向调错了, 不仅没有把卫星送回来, 反而把卫星推到了更高的轨道, 结果那颗卫星杳无音讯, 逃得无影无踪.载人宇宙飞船的反推火箭也要严格控制.美国`水星号'载人飞船返回前, 由于火箭点火时间比原计划晚了三秒, 结果飞船的落地点远离回收区, 运行轨道也与原计划大相径庭, 真是`差之毫厘, 谬以千里'.
最后谈一点火箭发射的新构想.到目前为止, 世界上主要火箭的发射都是在陆地上进行的, 但并不是说除此之外就没有别的发射方式, 海上、空中、地下发射三种新的方案正在尝试和探索中.
(1) 海上发射方案:
目前世界上有15 个航天器发射中心位于海上.非洲肯尼亚东海岸的圣马科发射场就是其中之一, 它由圣马科和圣丽塔两个海上平台和陆上结集营地组成.两个海上平台相距500 米, 各自形成体系.其中圣马科平台呈矩形, 长100 米, 宽300 米, 平台上配有发射架、工作拖车等;圣丽塔呈三角形, 是发射操作的神经中枢, 它有发射航天控制中心、遥测站、雷达等设备.但此发射中心虽然从1967 年进行过多次发射, 却不能移动, 海上发射的优势并没有显示出来.
据报道, 美国空军正在研究开发一个新的发射方案: 把浮体或石油钻井平台改造成海上移动型运载火箭发射场.罗马公司的戈里拉浮体海上石油钻井平台被初步选中.他们决定在沿岸设置靠岸的辅助发射装置, 另外再在可移动的平台甲板上装上发射台, 并把火箭架在上面;海底也打上支柱, 并能够抬升平台.运载火箭在固体发射平台上装好后, 就可以进行遥控发射.
从海上发射运载火箭有助于保护陆地环境, 不需要占用大面积土地, 并可以根据具体条件移动发射台.提出这种海上发射的不只有美国, 日本也提出了`海上发射复合体'的构想, 并取得了专利权.此外, 最近也有人提出`航天母舰'的设想, 顾名思义, 它类似于航空母舰却又不等同于航空母舰.航空母舰主要是出于军事目的;而航天母舰则主要是为发射火箭而着想的.
(2) 空中发射方案:
美国轨道科学公司在1986 年左右提出了`飞马'方案.它实际上是一种介于地面和太空发射的一种方式.飞马发射过程是这样的: 美国B—52 轰炸机带着二级`飞马'运载火箭从地面起飞, 当飞到12, 000 米的高度时, 长15 米, 重18 吨, 并带有箭翼的`飞马'火箭自动脱落, 下降五秒后, 火箭第一级开始点火;随后第二级第三级点火;大约八分钟后, 第三级火箭燃烧结束, 卫星便被送入到450 公里的运行轨道中.从1990 年4 月以来, 美国果真从B—52 轰炸机上成功地发射了多颗卫星.1993 年2 月3 日, 改装后的B—52 轰炸机把一颗巴西卫星送入到400-800 公里的椭圆轨道.
空中发射方案最吸引人的地方是费用低, 只有地面发射的1/3;另外发射时间短, 不受发射区域的地理限制, 适用于军事上快速发射的要求.但它只适合小型卫星的发射, 运载最大容量只有27 吨.同时, 美国也有`金牛'标准小型运载火箭.此火箭分四级, 能将一吨重的卫星送入轨道, 三百多公斤的卫星送入静止轨道.此种火箭已经投入到军民两用.
(3) 地下发射方案:
90 年代, 日本有个公司提出过从地下二千多米深处发射火箭的构想.这个构想要在地下挖一个2000 米深、直径为10 米的竖坑, 从底部利用压缩空气发射运载火箭.此种发射方式的优点在于它能节省燃料, 并能提高火箭所搭载人造天体的重量, 估计本世纪末可以实现.
目前世界上拥有自己卫星的国家很多, 但有发射能力的并不多.从商业卫星的发射市场来看, 比较先进的火箭型号有以下几个: 一是欧洲空间局研制的阿丽亚娜号火箭;一是俄罗斯研制的质子号运载火箭;一是美国麦道公司研制的德尔它火箭;另一是中国航天工业总公司研制的长征号火箭等.
掌握返回式卫星技术的国家只有四个.除美国和独联体外, 我国于1975年首次回收卫星成功, 日本1994 年用H—2 型火箭发射的`返回大气层实验机'按预定计划溅落在大西洋上.
另外一箭多星技术也引人注目.我国于1981 年9 月2 日, 用一枚运载火箭发射了三颗卫星.美国、独联体也不甘落后.俄罗斯曾于1994 年2 月14日, 用一枚`旋风—3 号'运载火箭发射了`宇宙—2368 号'至`宇宙—2273号'六颗通讯卫星, 这些卫星都成功地运行在低轨道上.
中国火箭的商业市场潜力很大.我国在1990 年4 月7 日、7 月16 日、1992 年9 月14 日、10 月6 日, 分别发射了亚洲1 号通信卫星、巴基斯坦小型实验卫星、澳大利亚通信卫星、瑞典科学试验卫星.长征3 号是我国比较成熟的运载火箭.虽然, 我国卫星发射也曾有过挫折, 但中国火箭的发射成功率仍是世界上最高的, 前景很好.最近一次发射是在1996 年7 月3 日, 中国在西昌用`长征三号'发射了`亚太 |