[科普中国]-火箭发射

简介

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。

发射火箭由地面控制中心倒记数到零便下令第一级火箭发动机点火。在震天动地的轰鸣声中，火箭拔地而起，冉冉上升。加速飞行段由此开始了，经过几十秒钟，运载火箭开始按预定程序缓慢向预定方向转变，100多秒钟后，在70公里左右高度，第一级火箭发动机关机分离，第二级接着点火，继续加速飞行，这时火箭已飞出稠密大气层，可按程序抛掉卫星的整流罩。在火箭达到预定速度和高度时，第三级火箭发动机关机分离，至此加速飞行段结束。随后，运载火箭靠已获得的能量，在地球引力作用下，开始惯性飞行段，直到与预定轨道相切的位置止。此时第三级火箭发动机点火，开始了最后加速段飞行。当加速到预定速度时第三级发动机关机。火箭的运载使命就全部完成了。

火箭飞行所能达到的最大速度，也就是燃料燃尽时获得的最终速度，主要取决两个条件：一是喷气速度，二是质量比（火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）。喷气速度越大，最终速度就越大，由于现代科学技术的条件下一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度，所以发射卫星要用多级火箭。

火箭的级数不是越高越好，级数越多，构造越复杂，工作时间的可靠性就越差。火箭和喷气式飞机一样都是反冲的重要应用。为了提高喷气速度，需要使用高质量的燃料。当燃气从细口喷出时或水从弯管流出时。它们具有动量由动量守恒定律可知，盛燃气的容器就要向相反方向运动。火箭是靠喷出气流的反冲作用获得巨大速度的。

用途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。

发展概况欧洲先进火箭发射系统欧洲先进火箭发射系统(EARL) 是一种载人的垂直起飞、水平着陆的两级航天运输系统。它是自1986年起由西德道尼尔公司根据与联邦研究技术部签订的合同进行研究的一种方案，1988年这一方案取名为EARL2。这项研究工作所要达到的目标是为研制阿里安5和使神号以后的欧洲航天运输系统奠定基础。1

早在1982-1985年间，欧空局曾对阿里安4和阿里安5之后的航天运输系统FLS(未来的发射系统)进行过审查。当时，道尼尔公司负责系统分析、规划及技术要求的认定工作。1985年欧空局放弃了这个研究项目。EARL的研究工作就是在1982-1985年研究工作的基础上进行的。1

EARL族由可重复使用的带翼第一级和根据不同任务而匹配的两种不同的上面级组成，一种是带翼的可重复使用的上面级，它用于载人；另一种是用于运送大型有效载荷的上面级。EARL的基本型具有可重复使用性，全部使用液氢液氧高能推进剂，库鲁发射场现有的发射设施几乎都能适用。载人上面级又称作轨道器，主要用于对空间站和共轨平台进行日常补给、设备的更换及回收专门有效载荷。而重型有效载荷（如建造空间站用的大型结构件和增压舱或执行星际探测任务的卫星）不需要回收，所以可采用廉价的一次性使用的上面级。1

多管火箭发射系统多管火箭发射系统(MLRS)是北约研制的一种高机动自动火箭系统。它可在各种气候下昼夜进行发射，主要用于攻击炮兵连、反火箭连、防空集结地、卡车、轻型装甲车、人员输送车及支援部队。装有12枚火箭的一辆发射车的火力可摧毁一个炮兵连或相当一个炮兵连的等值目标。MLRS目前已装备美国、英国、法国、西德和意大利的陆军。海湾战争中多国部队用MLRS对伊拉克的许多军事目标发动袭击。 MLRS由自行发射/装填车、后勤保障车、带不同弹头的火箭和火控系统组成。2

MLRS还可用来发射二元化学弹头的火箭和美国陆军战术导弹系统。目前还在研制轻型MLRS和激光制导的MLRS。MLRS于1980年4月由美国凌一坦姆科一沃特公司开始进行全面研制，1982年初开始少量生产，并陆续装备前述北约各国。美国陆军于1983年将其投入战场。在这次海湾战争中MLRS与其它火箭配合使用，摧毁了伊拉克许多军事目标，引起了人们的关注。2

更多还原

美国新一代重型运载火箭的设计方案美国国家航空航天局（NASA）2012年12月14日正式公布美国新一代重型运载火箭的设计方案。这一名为“太空发射系统”（Space Launch System，简称SLS）的运载火箭所具备的动力可谓史无前例，能够将宇航员送往小行星和火星，未来将成为人类探索宇宙深处的主要工具。3

出炉史上最强火箭方案

在“亚特兰蒂斯”号2012年夏天完成绝唱之旅后，美国所有的宇航飞机都已退役，只能依赖俄罗斯的“联盟”号宇宙飞船往返国际空间站。NASA计划将往返国际空间站的新航天器的研发和运营交给私营机构，但这些商用火箭和太空飞船正式派上用场还需要等到2015年左右，而且它们只能将宇航员送上国际空间站所在的近地轨道，无法前往更远的地方。3

为了对更广袤的宇宙进行探索，NASA需要研发全新的火箭运载系统。在多名美国联邦议员的陪同下，NASA局长查尔斯·博尔登2012年12月14日在NASA总部正式公布了SLS运载火箭设计图，它将和正在研发的新型“猎户座”载人航天器一起成为人类探索火星和更远宇宙的利器。

SLS运载火箭将是人类历史上最强大的发射装置，比约40年前将“阿波罗”飞船上的宇航员送上月球的“土星5”号火箭还要厉害。在三级火箭的基础上，最高配置的SLS火箭将有五级系统。NASA在声明中说，SLS火箭的动力得到了大幅提高，它是“土星5”号之后最强大的发射载体，“可以将宇航员送往从来没有人到过的宇宙深处”。SLS火箭的搭载能力是其设计的一大亮点，初步设计是搭载70吨的重物，将来这个数字还会再提高到130吨，相当于75辆标准的SUV车。世界上最大的商业火箭“阿丽亚娜5”型和“三角洲IV”重型火箭只能将20多吨的物体送上近地轨道。NASA计划在SLS火箭的顶端搭载“猎户座”载人航天器，一次可以将4到6名宇航员送上天。除了载人航天器之外，SLS火箭顶端还可能搭载专供宇航员生活的居住舱以及专门用于在目标星球使用的降落舱。3

时间2030年后去火星

SLS火箭预计在2017年进行无人发射试验，2021年底前完成载人发射，2025年将尝试登陆近地小行星，未来还要尝试飞向火星，甚至是更远的宇宙深处。探索小行星和火星还没有具体的时间表，奥巴马表示要在2025年之前将宇航员送上小行星，但没有提到送上火星的时间。有关专家说，将载人飞行器发射到火星至少要等到2030年以后。3

SLS火箭还可能用于往返国际空间站，或者将宇航员送往距离地面3.6万公里的同步轨道，以修补损坏的通讯卫星。NASA负责载人探索项目的高级官员比尔·格斯登美尔透露，NASA科学家已经开始探讨SLS火箭未来的多用途了，“不过还是在概念阶段，需要根据火箭届时的真实表现来探讨更多的细节”。这款火箭的研发充分展现了美国在航天探索方面的雄心。NASA局长查尔斯·博尔登表示，SLS标志着“美国宇宙探索的新篇章正在被书写”。“奥巴马总统要求我们想别人所不敢想，这项工程正是我们要做的。”3

除了强大的性能外，SLS火箭还具有灵活和经济两大特点。NASA的科学家们对新火箭的设计图花费了很长时间才最后确定，在充分利用最新科技的同时，也实现了可以较轻松地对火箭进行改装以适应不同发射任务需要的目的。乔治·华盛顿大学的航天专家约翰·洛格斯登还介绍说，为了减少研发成本，SLS火箭大量借鉴了已经退役的航天飞机成熟的技术，例如，推进器使用了低温液氢和液氧推进装置以及固体推进装置。“这是用一种经济上更能承担的方法实现了奥巴马总统探索更深宇宙的要求。”3

据悉，整个工程项目需要花费至少180亿美元，还有人估计总预算将达到350亿美元。来自佛罗里达州的联邦参议员比尔·尼尔森认为，这也许是美国数十年来航天探索领域“最庞大的工程”。由于美国政府财政紧张，能够获得政府足够的拨款非常关键。NASA局长博尔登在14日的发布会上则强调实施这一工程的经济好处，“能够创造大量工作机会、保证美国的领导地位”。继1962年苏联“火星一号”探测器上天开始火星探索之旅后，人类已经先后向我们熟悉的那颗红色星球发送了“水手”号、“海盗”号等卫星以及“凤凰”号、“奋进”号等探测仪器。SLS火箭将是NASA首个具有多用途的远程发射装置，也是人类实现登陆火星的关键工具。3