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第二章探索太空
§7 太空飞行基础
运载火箭
中国古代的火箭
运载火箭是航天的基础,并且在很大程度上决定了航天技术发展的规模和水平。现在,运载火箭已经发展到很完善的程度,这是全人类智慧的结晶,其中包括我国古代对火箭技术发展的巨大贡献。
火药是我国的四大发明之一。火药出现后,很快被军事专家所注意和掌握。1161年11月,金过在侵略中原时,曾遭受南宋军队的先进火器“霹雳炮”的重大打击,这是历史上第一次在战场上使用的火箭武器。明朝是中国古代火箭发展的重要时期,在这个时期,火箭种类繁多,除单只火箭外,还发展了各种集束火箭、火箭弹和原始的多级火箭。另外还出现了许多讨论火攻技术的军事技术著作,对各种火箭的制造、应用和发射剂原料配比等都作了详尽的叙述。明朝茅元义的名著《武备志》记载了10多种集束火箭和两种二级火箭。明代的火箭技术远远领先于西方。
利用火箭为动力,乘火箭升空的第一个人也是一位中国人,他的名字叫万户。他在坐椅的背后装上47支大火箭,把自己绑在椅子的前边,两只手各拿一个大风筝,然后令仆人手持火把按口令点燃全部火箭。他的目的是借助火箭向前推进的力量加上上升的力量飞上天去。可惜他的想法太简单了,一声巨响以后,一股强大的火焰冲出。万户升天了,他消失在烈火浓烟之中。
一个大胆的火箭飞行尝试,因过于盲目,缺少科学性而失败了,但他勇敢探索的精神却铭记在世人的心中。苏联两位火箭专家在他们合著的《火箭技术导论》中写到:“中国人不仅是火箭的发明者,而且是首先用固体火箭将人送往空中的幻想者。”德国火箭专家威利李在《火箭导弹和宇宙航行》一书中,称赞万户“这位博学而勇敢的中国宫员,在公元1500年,通过发明并试验一种火箭飞行器,颇为壮观地自我牺牲了”。美国科学家把月球上的一座环形山命名为“万户”,以纪念他对人类火箭事业的奉献。
从构造上讲,中国古代火箭虽然比较原始,但它是现代火箭的雏形,并且具备了现代固体火箭所拥有的基本构件:用竹管或纸筒作为发动机,用箭杆作为箭身,用箭头作为战斗部,用尾翼作为控制飞行方向的稳定部件,还有作为确定火箭初始发射方向的发射装置。火箭的尾部安装有铁块作为配重,使火箭头部的重量与尾部的重量相平衡,以便在飞行时姿态平稳,着就是现代火箭的重量分配问题。
火箭理论的奠基人
从古老的火箭提升到现代火箭,经历了几百年。20世纪初,出现了几位火箭研究的杰出人物。其中最著名的是现代航天学和火箭推进奠基人,俄罗斯的齐奥尔科夫斯基。1883年,他最早阐述了火箭在宇宙空间飞行的原理。1903年,他提出了宇宙航行最基本、最重要的公式,即著名的齐奥尔科夫斯基公式:v=wln(M0/M) 式中,V表示火箭能达到的最大速度,w为火命发动机的喷气速度,M0代表火箭起飞时质量,M为推进剂耗尽时火箭的质量,M0/M又称火箭质量比,ln是自然对数符号。这个公式清楚地表明:增加发动机喷气速度或质量比,均可提高火箭飞行速度。为此,只要采用优质、高效的火箭推进剂,多装燃料,减轻火箭重量,太空飞行就可以实现。
齐奥尔科夫斯基另一杰出贡献,还在于他指出了液体推进剂是实现人类宇宙飞行最好的燃料。它不仅比固定推进剂性能优异,而目也容易控制。今天,绝大多数的火箭、导弹使用这种发动机。当时齐氏还提出了液氧和液氢组成高能推进剂的配方比例。40年后,这个配方在美国著名的“土星5号”登月火箭上得到了验证和使用。
液体火箭与固体火箭
现代运载火箭家族

中国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。1964 年6月29日,中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后,即着手研制多级火箭,向空间技术进军。经过了五年的艰苦努力,1970年4月24日“长征1号”运载火箭诞生, 首次发射“东方红 1 号”卫星成功。中国航天技术迈出了重要的一步。现在,“长征”系列火箭已经走向世界,享誉全球,在。目前投入商业发射的“长征”系列火箭有
“长征1号”运载火箭是一种三级火箭,主要用于发射近地轨道小型有效载荷。,, 吨,起飞推力112吨,能把 300千克重的卫星送入440 公里高的近地轨道。1970 年4月24日,长征1号运载火箭成功地将“东方红1号”卫星送入预定轨道,奠定了长征系列火箭发展的基础。
“长征1号D”运载火箭是“长征1号”火箭的改进型。主要的改进有:提高一子级发动机推力;提高二、三子级性能;采用“平台-计算机”全惯性制导。经过改进,“长征1号D”火箭可以发射各种低轨道卫星,并已投入商业发射。
“长征2号”运载火箭是中国的航天运载器的基础型号。在“长征1号”的技术基础上,发展了“长征2 号”、“长征3号