火箭技术：助推航天器升空

运载火箭是把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等航天器从地球运送到预定轨道的运载工具，这些航天器最轻的不到2千克，重的则达近200千克。同时导弹的飞行也靠火箭推动，火箭是怎么把它们送入太空遨游的呢？

运载火箭一般由2～4级火箭组成。各级火箭通过级间结构连接。有时为提高运载能力，在芯级周围捆绑液体或固体的助推火箭。运载火箭的每一级都包括推进系统、控制系统和箭体结构等。为提高火箭性能，上面级火箭常采用液氧和液氢等高能推进剂，下面级常用液氧和煤油、四氧化二氮和偏二甲肼等推进剂。上面级火箭发动机往往有再启动能力，以满足特定的轨道要求。专门研制的运载火箭，特别是大型运载火箭，起飞质量很大。为获得适当的长细比，常选用较大的箭体直径，如“土星5号”火箭的箭体直径为10米。运载火箭的控制系统通常放在末级火箭的仪器舱内。有效载荷在火箭的最前部，外面有整流罩，用以保护在大气层内飞行时的安全。在火箭飞出大气层后整流罩被抛掉。整流罩多为沿纵向分成两半的半硬壳结构，有效载荷的径向尺寸较大时，整流罩的外径可以比和它连接的箭体直径大。

运载火箭主要由动力系统、制导系统、箭体系统、箭体结构和无线电测量系统等组成。具体是：动力系统由火箭发动机和推进剂组成，如果是液体火箭发动机，还应有液体推进剂和输送系统。动力系统有火箭的“心脏”之称，由它提供推动火箭运动的动力；制导系统由导引、姿控等分系统组成，它是火箭飞行中的指挥系统，被称为火箭的“大脑”。其任务是用来保证火箭的稳定飞行，并确保火箭精确地进入预定轨道；箭体系统、箭体结构，主要包括整流罩、仪器舱段、贮箱、尾部舱段、级间舱段和各舱段的连接、分离等机构。各舱段用来安装航天器、制导系统、无线电测量系统和动力系统。箭体结构设计要使火箭具有良好的空气动力外形，保护箭体内部各种仪器设备在良好的环境下工作，同时火箭在运输、起吊和飞行过程中，箭体结构还用来承受各种载荷；无线电测量系统：在运载火箭上通常都装有一些小型的遥测、遥控收发仪器，这是为了了解火箭的飞行情况而附加在火箭上的测量和跟踪系统，遥测系统为设计者和使用者提供火箭飞行实况资料，供性能分析及在发生故障时进行故障原因分析之用。遥控系统在火箭发生事故时，为了安全，由地面发出指令，经过这一系统，使火箭自毁。

液体火箭发动机的推进剂为液体，液体火箭发动机由推力室、推进剂贮箱、推进剂输送分系统、用于调节推力大小的推进剂流量控制分系统、用于冷却推力室内壁的燃烧室冷却分系统、用于控制推力方向的控制机构、用于传递推力的发动机架等组成。其中推进剂输送系统按一定的程序，将推进剂按要求的流量和压力从推进剂贮箱输送到燃烧室，并保证发动机能正常启动和关闭。液体推进剂有单元与双元推进剂两大类。单元推进剂是一种自身能释放化学能的物质，如过氧化氢、硝基甲烷等，单元推进剂不是通过燃烧而是通过催化、加热、加压等实现放热反应，并生成气体。这种推进剂由于含能较低，本身不太稳定，因而通常只用于辅助动力装置中。双元推进剂包含燃烧剂（燃料）与氧化剂两种组元，分别存贮于独自的储箱内，通过推进剂输送系统将它们分别送入燃烧室。液体火箭发动机的优点是推进剂含能高，可获得较高的有效排气速度，一般液体推进剂的发动机排气速度可达到3000米/秒，而液氢液氧高能推进剂发动机排气最大速度可达5000米/秒，液体推进剂发动机工作时间长，工作情况受外部环境影响小，易于多次点火启动，推力大小可以调节。缺点是结构复杂，高空点火性能较差。液体火箭发动机多用于运载火箭，推进剂可存储的液体火箭发动机也可用于导弹，但应用情况现在较少。

固体火箭发动机的推进剂为固态，推进剂做成装药装在燃烧室内，固体火箭发动机由推力室（由燃烧室和喷管组成）、装药药柱和点火装置组成。常用的固体推进剂为双基、复合、改性双基三类。双基推进剂主要成分为硝化纤维和硝化甘油。复合推进剂是由燃烧剂（燃料）和氧化剂机械混合而成，燃烧剂为聚氯乙烯、聚硫橡胶等，氧化剂为过氯酸盐、无机硝酸盐等。改性双基推进剂是在双基推进剂中加入过氯酸氨等氧化剂、铝粉一类高能添加剂而形成的新推进剂，比双基推进剂的性能有所提高。固体火箭发动机的优点是结构简单、使用方便、可长期储存、工作可靠，能在短时间内产生很大推力，在真空中易于点火启动。固体火箭发动机常用于导弹武器，俄罗斯现役陆基导弹“白杨-M”采用的就是三级固体发动机技术。在运载火箭中用于作为助推器和上面级的火箭发动机，以及在航天器上用作提供轨道调整和转移所需的为较大推力的发动机。进入21世纪，西方各国相继出台并实施军事航天发展计划，固体发动机技术在20世纪末经历一段发展低谷后，又被注入新的活力。美国和欧洲的固体火箭工业在重组后分工更加明确，为下一代航天助推器、战略战术武器固体动力装置的发展打下了一定的组织基础；政府、大学和工业界联合开展各种技术发展计划，如“综合高性能火箭推进技术计划”“多学科大学研究倡议”“小企业创新研究”计划等，为基础技术储备进行深入研究，并取得了较大的成就。