[科普中国]-探空火箭

在近地空间进行探测和科学试验的火箭。利用探空火箭可以在高度方向探测大气各层结构成分和参数研究电离层、地磁场、宇宙线、太阳紫外线和 X射线、陨尘等多种日-地物理现象。探空火箭比探空气球飞得高、比低轨道运行的人造地球卫星飞得低,是30～200公里高空的有效探测工具。探空火箭所获取的资料可用于天气预报、地球和天文物理研究，为弹道导弹、运载火箭、人造卫星、载人飞船等飞行器的研制提供必要的环境参数。探空火箭还可用于某些特殊问题的试验研究，如利用探空火箭提供的失重状态研究生物机体的变化和适应性，利用探空火箭进行新技术和仪器设备的验证性试验等。探空火箭一般为无控制火箭，具有结构简单、成本低廉、发射方便等优点。它更适用于临时观察短时间出现的特殊自然现象（如极光、日食、太阳爆发等）和持续观察某些随时间、地点变化的自然现象(如天气)。发射无控制火箭有一些特殊技术要求，主要是：保证飞行稳定，达到预定的探测高度和减少弹道顶点和落点的散布。世界第一枚专门用于高空大气探测的火箭是美国于 1945年秋研制成功的“女兵下士”火箭。它能将11公斤的有效载荷送到 70公里的高空。此后,美国和苏联利用缴获的V-2火箭发射了一批探空火箭。50年代的国际地球物理年活动大大推动了探空火箭的发展，许多国家开始了探空火箭的研制。到80年代，世界上已有20多个国家发展或使用了探空火箭。探空火箭的年发射量高达数千枚。1

探空火箭（ 是一种比较特殊的运载工具，它只携带科学仪器进行亚轨道飞行。探空火箭一般为无控制火箭，具有结构简单、成本低廉、发射方便等优点。

探空火箭所获取的资料可用于天气预报、地球和天文物理研究，为弹道导弹、运载火箭、人造卫星、载人飞船等飞行器的研制提供必要的环境参数。探空火箭还可用于某些特殊问题的试验研究，如利用探空火箭提供的失重状态研究生物机体的变化和适应性，利用探空火箭进行新技术和仪器设备的验证性试验等。发射无控制火箭有一些特殊技术要求，主要是：保证飞行稳定，达到预定的探测高度和减少弹道顶点和落点的散布。世界第一枚专门用于高空大气探测的火箭是美国于1945年秋研制成功的“女兵下士火箭”。它能将11公斤的有效载荷送到70公里的高空。此后，美国和苏联利用缴获的V-2火箭发射了一批探空火箭。50年代的国际地球物理年活动大大推动了探空火箭的发展，许多国家开始了探空火箭的研制。到80年代，世界上已有20多个国家发展或使用了探空火箭。探空火箭的年发射量高达数千枚。

多用于 100公里以下高度的大气常规探测。

用于外层空间的生物学研究。

用于地球物理参数探测，使用高度大多在120公里以上。

探空火箭系统由有效载荷、火箭、发射装置和地面台站组成。有效载荷大多装在箭头的仪器舱内。仪器舱的直径有时可大于箭体直径。有效载荷采集到的信息通过遥测装置发送到地面台站接收处理，或者在火箭下降过程中将有效载荷从火箭内弹射出来，利用降落伞等气动减速装置安全降落到地面回收。有效载荷的重量和尺寸取决于探测要求,一般为几公斤到几百公斤,最大可达几吨。火箭包括箭体结构、动力装置、稳定尾翼等。大多数探空火箭为单级或两级火箭，也有为3级、4级的。动力装置通常用固体火箭发动机，可以简化和缩短发射操作时间。探空火箭对火箭姿态和飞行弹道的要求不象导弹和运载火箭那样严格，一般不设控制系统，仅靠稳定尾翼或火箭绕纵轴旋转来保证飞行稳定。

需要精确定位和定向时才设置控制系统。2发射装置通常用导轨和塔式发射架，使火箭获得足够大的出架速度。无控制火箭的飞行弹道受风的影响较大，为了保证达到预定的高度和减小弹道散布，探空火箭发射时尚需根据发射场的高空风资料采用风补偿技术来调整和确定发射角度。大多数探空火箭从地面以接近垂直状态发射，也有从移动式发射车发射的，根据需要还可从舰船或升在空中的气球上发射。地面台站主要包括接收测量信息的地面接收设备、跟踪火箭的定位测速设备(如雷达)和电子计算机等。雷达跟踪方式有反射式和应答式两种，应答式比反射式的跟踪距离更大。地面接收设备接收的遥测数据直接输入电子计算机处理，实时给出探测结果。1

中国在1958年以前曾发射过试验性火箭，1958年正式研制探空火箭，先后研制成T-7液体探空火箭和改进型T-7A探空火箭。 1965年起开始研制固体探空火箭“和平2号”与“和平6号”。3

人民网北京2016年4月27日电（赵竹青）北京时间今天凌晨2点，中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）在位于海南省儋州市的中科院海南探空部发射了“鲲鹏-1B”863计划空间环境垂直探测试验探空火箭，开展了多项科学探测与技术试验任务,首次成功获得电离层顶的原位探测数据,并获得多项技术试验的圆满成功。4

此次发射是我国在子午工程支持下恢复火箭探空活动后，再次开展空间环境垂直探测。任务首次使用了具有姿态控制能力的箭头平台，可以更精确的获得空间磁场、电场矢量数据，对于深入研究低纬度地区电离层中高层大气的空间环境具有重要科学意义。此次任务由中国科学院国家空间科学中心作为试验的抓总单位，并具体负责箭头科学仪器、球形探空仪与服务平台的研制、以及发射场、遥测、地面及科学应用系统任务。5

据试验总指挥、空间中心主任吴季介绍，探空火箭是进行空间探测和科学试验的有效探测工具，而且相对其他空间探测手段，探空火箭成本低、研制周期短、发射时间受限小。6利用探空火箭可以在高度方向上垂直探测大气各层结构成分和参数，研究电离层、地磁场、宇宙线、太阳紫外线和X射线、陨尘等多种日-地物理现象。鲲鹏1B的探空仪包括朗缪尔探针、双臂探针式电场仪等科学探测有效载荷。其中，朗缪尔探针和双臂探针式电场仪，对空间等离层70～300km高度范围内的E层和F层电子密度、离子密度，空间电场和磁场进行原位探测，获得原位探测数据，朗缪尔探针中电子探针由空间中心自主研制，离子探针由空间中心与奥地利合作研制；同时，试验利用中科院海南探空部的地基遥感观测设备，进行标定和联合观测，研究电离层垂直高度的精细结构。在此次试验中，鲲鹏1B箭头配置的姿态控制系统、柔性碳纤维伸杆均为我国在探空火箭上首次使用，对提高未来火箭探空的技术能力具有重要意义。7据介绍，此次试验在海南探空部火箭发射场沿正西偏南方向、87.3度仰角发射。火箭飞行顶点高度达到316公里，从起飞到溅落共飞行约10分钟。承担此次实验任务的运载器——天鹰3F型两级固体燃料火箭发动机由中国航天科技集团公司所属航天动力技术研究所研制。89

为研究中国低纬电离层垂直高度的精细结构,研发了一种以探空火箭为平台朗缪尔探针,用于就位测量电离层空间等离子体的特性参数及其扰动情况，分析了朗缪尔探针的任务需求和目标,并在朗缪尔探针基本测量原理的基础上,对朗缪尔探针基本测量方案进行了论证分析和设计,包括传感器形状、大小和表面镀层的选取设计,双探针的设计,扫描电压和工作模式的设计,及电子学测量电路的设计.本朗缪尔探针采用两路完全相同的球形探针,两路探针同步工作,各自独立完成测量.朗缪尔探针研制完成后,分别进行了信号模拟源测试和等离子体源测试：信号模拟源测试结果显示两路探针电子学工作状态良好,对微弱电流信号的响应具有很高的线性度;在等离子体模拟装置内对电子探针整机测试的初步结果表明该载荷可以正确测量等离子体的特性参数,能够满足科学探测的需求.10