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火箭

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概述编辑本段回目录

战神5号火箭想像图“战神5号”火箭想像图

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。

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。

历史编辑本段回目录

中国
中国古代火箭中国古代火箭

火箭起源于中国,是中国古代重大发明之一。古代中国火药的发明与使用,给火箭的问世创造了条件。北宋后期,民间流行的能升空的 “流星” (后称“起火”),已利用了火药燃气的反作用力。按其工作原理,“起火”一类的烟火就是世界上最早的用于玩赏的火箭。南宋时期,出现了军用火箭。到明朝初年,军用火箭已相当完善并广泛用于战场,被称为“军中利器”。明代初期兵书《火龙神器阵法》和明代晚期兵书《武备志》以及其他有关中外文献,均详细记载了中国古代火箭的形制和使用情况。

1949年,中华人民共和国成立后,组建了研制现代火箭的专门机构,在“独立自主,自力更生”的方针指导下,卓有成效地研制出多种类型的火箭,并于1970年用“长征” 1号三级火箭成功地发射了第一颗人造地球卫星。1975年,用更大推力的火箭── “长征2号”,发射了可回收的重型卫星。1980年,向南太平洋海域成功地发射了新型运载火箭。1982年,潜艇水下发射火箭又获成功。特别是1984年4月8日和1986年2月1日,用装有液氢液氧发动机的“长征3号”火箭,先后发射地球同步试验通信卫星的成功表明,在现代火箭技术方面中国已跨入世界先进行列。  

国际

中国火箭技术传到欧洲之后,曾被列为军队的装备。1926年,美国火箭技术科学家R.H.戈达德试射了第一枚无控液体火箭。1944年,德国首次将有控弹道式液体火箭V-2用于战争。第二次世界大战后,前苏联和美国等相继研制出包括洲际导弹在内的各种火箭武器和运载火箭。在发展现代火箭技术方面,德国工程师W.von布劳恩,苏联科学家С.П.科罗廖夫和中国科学家钱学森等都作出了杰出的贡献。

另外一方面,苏联的火箭研究在科罗廖夫的领导下进行中。从来自德国技术人员的协助,V2火箭被复制及改进成为R-1、R-2及R-5导弹。原德国的设计在1940晚期被放弃,而这些德国工作人员被遣送回国。由Glushko建造的新系列引擎及基于Aleksei Isaev的发明形成了最初的洲际导弹R-7。R-7发射了第一颗卫星、第一个太空人及第一个月球探测器及行星际探测器,直到现在还在使用。到了1960年代形成了火箭科技极速发展的时代,包括苏联(东方号、联合号、质子号)及美国(X-20飞行器、双子星号),以及其他国家的研究如英国、日本、澳大利亚等等。最终导致了60年代末期的土星5号载人登陆月球,使纽约时报收回以前认为太空任务不可能成功的社论。

分类与组成编辑本段回目录

分类
火箭发动机火箭发动机

火箭通常可分为固体与液体火箭,有控与无控火箭,单级与多级火箭,近程、中程与远程火箭等。火箭的种类虽然很多,但其组成部分及工作原理是基本相同的。除有效载荷外,有控火箭必不可少的组成部分有动力装置、制导系统和箭体。

组成

动力装置    是发动机及其推进剂供应系统的统称,是火箭赖以高速飞行的动力源。其中,发动机按其工质,可分为化学火箭发动机、核火箭发动机、电火箭发动机等。当前广泛使用的是化学火箭发动机,它是靠化学推进剂在燃烧室内进行化学反应释放出的能量转化为推力的。在发动机效率相同的情况下,单位时间内燃烧与喷射的物质越多,喷射速度越大,发动机推力就越大。在推力相同的情况下,结构重量越轻,单位时间内消耗推进剂越少,发动机性能就越高。推力与推进剂每秒消耗量之比称为比推力,它是鉴定发动机性能的主要指标。

制导系统  有了足够的推力,火箭便可克服地球引力而飞离地面。但对有控火箭而言,为保证在飞行过程中不致翻滚,而且准确地导向目标,还需有制导系统。该系统的功用是实时地控制火箭的飞行方向、高度、距离速度以及飞行姿态等,亦即控制火箭的质心运动和绕质心的转动(俯仰、偏航与滚动),使火箭稳定而精确地飞抵目标。制导系统地日臻完善和精度的迅速提高,是现代火箭技术的一大特点。

箭体  是火箭另一个不可缺少的组成部分,火箭的各个系统都安装其上,并容纳大量的推进剂。箭体结构除要求具有空气动力外形外,还要求在完成既定功能的前提下,重量越轻越好,体积越小越好。在起飞重量一定时,其结构重量轻,则可得到较大的飞行速度或距离。火箭发动机熄火点的理想速度(不计速度的重力损失与空气阻力损失)Vk可表示为:火箭 ,式中ω代表推进剂燃气的有效流速,其大小取决于发动机的性能;火箭Mk代表熄火点的火箭质量,主要是箭体结构质量;Mo代表起飞时的火箭质量。

从上式可以看出,当火箭起飞质量Mo一定时,Mk越小,μk小,则末速Vk越大,即飞行距离越远;或者当飞行距离一定时,Mk小,Mo亦小,即火箭可以造得小些。除上述三大系统之外,还有电源系统,有时还根据需要在火箭上安装初始定位定向、安全控制、无线电遥测以及外弹道测量等附加系统。

技术 编辑本段回目录

模型火箭模型火箭
推进技术

火箭推进是一种精密的结构,它的原理主要是力学、热力学,以及其它有关科学之运用,诸如电学等。火箭跟一般的飞机主要的不同点在于:飞机只能在大气层内飞翔,但是火箭可以在外层空间工作,因为它不需要利用外界空气便能够燃烧推进。

火箭推力的获得,乃由高速喷出物反作用而生成。其原理与花园中用橡皮管喷水时,橡皮管会向后退,以及枪向后座的原理一样。火箭的燃料经过燃烧室燃烧以后,会产生高温高压的气体,之后再经过一个喷嘴而加速,并排气到外界。这些气体便是推动火箭的原动力。

现代火箭发动机

化学火箭发动机、固态火箭发动机、液态火箭发动机、混合式火箭发动机、电气火箭发动机、离子发动机。

未来火箭发动机

核火箭发动机、激光脉冲火箭发动机、反物质火箭发动机、星际(太空)气体冲压火箭发动机、核能火箭和激光脉冲式火箭,正在做样板实验,反物质火箭和星际气体冲压火箭更只在理论上探索。

应用编辑本段回目录

神农五号火箭神农五号火箭

20世纪中叶以来,火箭技术得到了飞速发展和广泛应用,其中尤以各种可控火箭武器和空间运载火箭发展最为迅速。从火箭炮到反坦克、对付飞机舰艇以及攻击固定目标的各类有控火箭武器,均已发展到相当完善的地步,反导弹、反卫星火箭武器也正在研制和完善之中。各类火箭武器正继续向高精度、反拦截、抗干扰和提高生存能力的方向发展。在地地导弹基础上发展起来的运载火箭,已广泛用于发射各种卫星、载人飞船和其他航天器。

在80年代初,苏、美两国已经分别研制出六七个系列的运载火箭。其中,美国载人登月的“土星”5号火箭,直径10米,长111米,起飞重量约2930吨,低轨道运载能力为127吨,是当前世界上最大的火箭。运载火箭正朝着高可靠、低成本、多用途和多次使用的方向发展。航天飞机的问世就是这一发展趋势的一种体现。火箭技术的快速发展,不仅将提供更加完善的各类火箭武器,还将使建立空间工厂、空间基地以及星际航行等成为可能。[1]

发展编辑本段回目录

法规

国际法规定,发射载具的拥有者的国籍决定了那个国家必须为任何造成的损害负责。因此有些国家要求火箭制造者及发射者遵循特定法令去补偿及保护人员及财产可能受到的影响。在美国,任何非归类为业余,也非政府相关的火箭必须由位于华圣顿特区的美国联邦航空局商业太空运输办公室(FAA/AST)批准。

火箭意外

由于所有的火箭燃料都具有强大的化学能量(单位重量的能量比炸药多,但比汽油少),因此有可能发生意外。虽然一般对于火箭安全都会特别注意,使因火箭意外丧生或受伤的人数通常比较少,但这样的记录也称不上完美。

中国相关编辑本段回目录

中国航天事业是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后和特殊的国情、特定的历史条件下发展起来的。中国独立自主地进行航天活动,以较少的投入,在较短的时间里,走出了一条适合本国国情和有自身特色的发展道路,取得了一系列重要成就。

现代的军事力量和一个国家的经济基础和科技是总体上成正比的,但两者之间并不是线性关系,在高瞻远瞩的国家战略的指导,作为上层建筑的国家军事力量能对一国的主要历史方向,也就是其经济基础和科学技术所主导的方向,发生决定性影响;信息技术就是典型的起源军事对抗,然后扩展到国家经济的每个部门,而对现代化国家起仍关键性作用的一个例子。而在信息技术之后,太空力量将是另一种起源于国家的军事对抗,而最终将对各国的历史方向发生深远影响的现代军事活动。

现代火箭鼻祖编辑本段回目录

V2火箭

V2工程开始于1940年。第二次世界大战期间[1],正是德国的V2火箭曾给英国带来巨大灾难,当时又叫“飞弹”。V2工程起始于A系列火箭研究,由冯·布劳恩主持,是1936年后在佩内明德新建火箭研究中心的重点项目。A系列火箭经过许多新的改进,性能大大提高。是世界上第一种实用的弹道导弹。"V"来源于德文Vergeltung,意即报复手段,这是纳粹在遭到盟国集中轰炸后表示要进行报复的意思。V1和V2表示这两种型号仅仅是整个系列的恐怖武器的先驱。

V2长13.5米,发射全重13吨,能把1吨重的弹头送到322千米以外的距离。火箭由液体火箭发动机推动,燃烧工质为液氧和甲醇。发射时火箭先垂直上升到24-29千米高,然后按照弹上陀螺仪的控制,在喷口燃气舵的作用下以40度的倾角弹道上升,也可由地面控制站向弹上接收机发射无线电指令控制。一分钟后,火箭已飞到48千米的高度,速度已达每小时5796千米。此时,无线电指令控制系统指令关闭发动机,火箭靠惯性继续上升到97千米的高度,然后以每小时大约3542千米的速度大致沿一抛物线自由下落,击中目标。由于当时制导系统的精度所限,误差较大。

V2工程的目标是扩大容积和承载重量,以容纳自控、导航系统和战斗部。1942年10月3日,V2试验成功,年底定型投产。从投产到德国战败,前德国共制造了6000枚V2,其中4300枚用于袭击英国和荷兰。

1943年初按盟国情报人员的情报,盟国发现这一计划,并由对佩内明德的空中侦查得到证实。1943年8月17日夜,英国皇家空军对佩内明德进行了一次著名的大规模空袭,毁伤了V2的地面设施。为预防重蹈8月17日灾难,纳粹将V2工厂迁到德国山区的山洞工厂,这个过程耽误了预期的火箭攻势。

1944年6月13日(诺曼底登陆后六天)V1开始攻击伦敦,9月份第一枚V2落到伦敦。火箭攻击造成了严重的平民伤亡和财产损失。如果在六个月前对登陆部队集结地进行集中攻击而不是伦敦的话,即如艾森豪威尔将军所说,盟国将遭到难以克服的困难。对伦敦的攻击都是在上午7至9时,中午12至2时,下午6至7时交通高峰期进行的,企图吓垮英国的民心士气。可是,对经过1940年空袭的英国人民,在全面胜利已如此接近时,这种新的恐怖算不了什么。在诺曼底前线的英国士兵更尽了最大努力用最快速度向威胁他们家庭的火箭发射地挺进。除了向伦敦发射外,在盟军9月4日占领安特卫普港后,纳粹向安特卫普港进行了大规模导弹攻击。

1945年德国投降前夕,布劳恩和400余名火箭专家向美军投降,后到美国,成为美国火箭技术和空间技术的奠基人之一;苏联也缴获了大量V2的成品和部件,并俘虏了一些火箭专家,以此为起点,开始自己的火箭和空间计划。

V2是单级液体火箭,全长14米,重13吨,直径165米,最大射程320千米,射高96千米,弹头重1吨。V2采用较先进的程序和陀螺双重控制系统,推力方向由耐高温石墨舵片操纵执行。V2在工程技术上实现了宇航先驱的技术设想,对现代大型火箭的发展起了承上启下的作用。成为航天发展史上一个重要的里程碑。

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