做客太空奇侠

航天运载火箭以它特有的魅力，征服了庞大的宇宙，成绩令人称奇。它综合了众多学科的成果，集万千宠爱于一生，是一个浩瀚的系统工程。火箭就似一位太空奇侠，全身每个部分都拥有一套神奇本领。现在就让我们来领教一番。太空奇侠由三大部分组成，分别是箭体结构、动力装置和控制系统。箭体结构即火箭的外衣，它犹如奇侠的骨架，是火箭各个受力和支承构件的总成，通常包括头部的有效载荷整流罩、仪器舱、推进剂贮箱、发动机舱和尾段，有的大型运载火箭还有尾翼。火箭壳体内可以安装连接有效载荷、仪器设备和动力装置，贮存推进剂，承受地面操作和飞行中的载荷，可以使火箭有良好的空气动力外形，把火箭的各个部分牢固地组成一个整体。火箭头部的整流罩，用以保护所载物体和减小空气阻力；仪器舱集中安装控制设备；推进剂贮箱用于装载推进剂，要占火箭质量的80%～90%，体积也要占绝大部分，因此为了加大运载能力，要千方百计减轻推进剂贮箱的质量；发动机舱除装火箭发动机外，还用来在发射架上支撑整个火箭保持飞行时的外形。

铝合金是日常生活中常见的材料，它很轻，结实、耐用、防腐蚀，加工容易，是必不可少的原料，多用于壳体的蒙皮和骨架零件。钛合金强度高，具有优良的抗腐蚀和耐温性能。它在500℃高温下不变形，在－100℃时不变脆，在水里泡几天也不生锈，因此它是制作火箭发动机壳体、高压气瓶、低温贮箱和各种管路的最佳材料。但它的切削加工性较差，需加热成型。镁合金减震性能好，常用来制造火箭壁板结构的翼面、舱段及其他骨架零件。铍合金刚性最大，用它制成的零件尺寸特别稳定。火箭上一些变形限制非常严格的零部件，如陀螺导航系统，常用铍合金。复合材料是新兴的材料，它用不同的纤维边缠绕边用树脂粘连而成。玻璃纤维、有机纤维的强度特别高；碳纤维的刚度非常高；硼纤维则刚、强兼备；碳化硅、陶瓷纤维能耐高温，它们配以不同的树脂制成不同的复合材料，其性能一般大大超过现有的许多金属材料。

动力装置包括火箭发动机和推进剂输送系统，它是航天运载火箭的重要部位，相当于人的心脏，也是其动力来源。液体火箭有发动机和推进剂输送系统，固体火箭则只有发动机。动力装置是产生强大推力的地方。液体火箭发动机由燃烧室、喷管、涡轮泵和活门四部分组成。燃烧室因为推进剂的燃烧而产生高温高压气体，并从喷管排出，形成强大的推力；喷管是选用高强度耐热合金材料制作而成，只有这样才能经受住高温高压；涡轮泵利用燃气发生器产生气体后带动涡轮、离心泵，使燃料和氧化剂注入燃烧室；活门则负责启开和关闭发动机，调节进入管路中推进剂的流量。整个输送系统保证推进剂具有必要的泵入口压力，使离心泵正常工作。

火箭发动机

火箭发动机是由使用的燃料及氧化剂两部分组成，发动机使用的燃料直接影响着发动机的性能，在一枚火箭的总质量中，燃料占了90%以上。现代液体运载火箭几乎使用的都是可贮存推进剂，包括氧化剂中的硝酸、四氧化二氮，燃料中的混肼50、偏二甲肼。也有一些高能推进剂的液氢、液氧用作顶级火箭的推进剂。目前，天文科学家还在对现有推进剂进行不断的改进，希望可以提高它的有效载荷，刚研究出一种新型推进剂——用液氟与肼组合，比冲可达376秒。

巨大的外挂燃料箱

固体火箭的推进剂主要有双基推进剂、改性双基推进剂和复合固体推进剂。目前大多数国家的固体火箭用的是复合固体推进剂，比冲一般在230～260秒左右。这种推进剂由粘合剂系统、氧化利，填料和各种助剂组成。固体推进剂的形状要根据不同的需要而浇铸成，以供发动机所需。比如端面燃料药柱适用于低推力、长时间工作的发动机，星孔形侧面燃烧剂多在主发动机上使用。

火箭的稳定飞行，控制系统的功能至关重要。它是火箭的神经中枢，一切信息的产生与反应都由它一手掌控。这个系统包括制导、姿态控制。制导通常有惯性制导和无线电制导两种。惯性制导是依靠运载火箭内的仪器测量火箭的加速度而进行工作，主要部件有陀螺仪、加速度表、计算机等；无线电制导由地面用雷达或无线电将测出的运载火箭的方位及速度，经过计算比较，把修正飞行误差的指令送到运载火箭上，通过运载火箭上的控制系统来修正飞行航线，以及接收地面发出的发动机熄火信号来关闭发动机。这种控制系统有两大作用：一是控制火箭向前飞行，即控制火箭的质心沿预定的弹道运动。二是控制火箭的姿态，也就是控制火箭绕质心的运动。

火箭如果没有尾翼，是不可能在大气中稳定飞行的。而现代大型运载火箭往往还需在高空飞行，那里空气非常稀薄，尾翼就显得是多余了。所以，要研制出不单靠尾翼的作用而飞行的现代火箭，就必须在火箭上安装专门的自动控制设备。当火箭不听使唤，偏离航向时，自动控制设备就能及时发出信号，调整火箭的方向，使它飞到预定的航线上准确航行。

运载火箭还同时具备安全、遥测和发射系统。安全系统用于火箭在飞行中如突然出现故障或意外情况，就勒令火箭终止飞行并令其自毁。遥测系统则是把火箭飞行过程中各系统的工作性能的具体、真实情况，通过无线电多路通信方式传到地面，然后地面控制人员进行分析故障，鉴定和改进火箭性能。发射系统是火箭发射整个过程中的运输、起竖、控制、加注、供气、供电、通信、消防、瞄准、跟踪等装置，保证火箭按预定程序成功飞行。