火箭技术源远流长

火箭技术源远流长

现代火箭是从古代火箭发展而来的,而最早的火箭是中国人发明的。

公元240年,诸葛亮率兵攻打郝昭军营,架起云梯衡车以临城下。郝昭将捆绑有火把的箭射向云梯,把云梯点燃,将爬上云梯的将士全都活活烧死。这是火箭一词最早出现。

此时的火箭实际上就是带火的箭。火和箭有机地结合在一起是黑火药发明并得到广泛应用以后的事。这之前,所谓的火箭均为“燃烧箭”,只是在箭杆前部绑有易燃物,点燃后用弓或弩射出的普通箭。黑火药发明之后的火箭,则是靠火药燃烧时喷发燃气的反作用力推进而运动的火箭。实际是“向后喷火的箭”。

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最早的“向后喷火的火箭”是我国宋朝的冯继升、岳义方以及唐福等人发明的。这种火箭是一种原始火箭,箭上有一个纸筒,里面装满火药,纸筒的尾部有一根引火线,通过引火线将火药点燃,变成一股猛烈的气流从尾部喷射出去,利用喷射气流的反作用力,火箭就能飞快地前进。从靠人力用弓发射出去的火箭到直接利用火药的力量来推进火箭,显然是一个了不起的飞跃。

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这种原始火箭虽然仍依靠箭头杀伤敌人,也没有专门的发射设备,但它的射击距离要比弓射远得多,这在当时已经是一种很先进的武器了。

公元16世纪,明朝的戚继光抗击沿海入侵的倭寇,曾使用过重达两斤多的火箭,射程有100~200米。明朝茅元仪所编的《武备志》里,记述了当时的多种火箭武器。其中值得特别注意的是一种取名“火龙出水”的武器。它的外形是一个雕刻着龙头和龙尾的圆筒,筒内藏着一组火箭,推动筒身向前飞行,待筒外火箭的火药燃尽,再引向筒内火箭,筒内的火箭可以比单支火箭射得远。这实际已经是多级火箭的雏形了。

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另外一种是我国明朝使用过的火箭武器“一窝蜂”:许多箭插在一个筒内,同时点火射出,可加强杀伤威力,它是今日在战争中广泛使用的火箭筒的鼻祖。

大约在13世纪,我国的火箭技术相继传入印度和阿拉伯国家,以后又传入欧洲。从13世纪到18世纪中叶,火箭技术没有什么创新,基本制造方法没有多少改变,我国在这段时间仍处于领先地位。18世纪后期,印度火箭取得了较大的进步,改用铁皮制造药筒,能承受较大的压力,加之火药的性能也有了较大的改善,从而使火箭的射程超过1千米,这在当时简直是不可思议。

印度火箭的卓越性能引起欧洲火箭技术的飞速发展,欧洲各国普遍加快了研制火箭的步伐。19世纪末20世纪初,近代火箭技术发展起来,代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基、美国人戈达德和德国人布劳恩。

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齐奥尔科夫斯基毕生从事火箭技术和航天飞行的研究。在他的科学论文《太空火箭列车》中,对火箭飞行的思想进行了深刻的论证,最早从理论上证明用多级火箭可以克服地心引力进入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程,奠定了理论基础。他预想到现代火箭的真实结构,并论述了关于液氢液氧作为推进剂用于火箭的可靠性,设想用新的燃料(原子核分解的能量)来作火箭的动力。他具体阐明了用火箭进行航天飞行的条件,火箭由地面起飞的条件,人造地球卫星及实现飞向其他行星所必需中间站的设想。

他还提出了许多的技术建议,如建议用燃气舵控制火箭,用泵来强制输送推进剂,以及用仪器自动控制火箭等,都对现代火箭和航天飞行的发展起了巨大作用。

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戈达德是美国的物理学家和现代火箭技术的先驱者,他发明并制造了世界第一枚液体火箭。在1919年发表的《达到超高空的方法》文章中,他论述了用火箭作高空大气研究和达到月球的可能性。1925年,他制造了第一个5.5千克的小型液体火箭发动机,并成功燃烧了27秒钟。戈达德对这次成功感到非常兴奋,下决心要让火箭飞上天。1926年春天,戈达德的第三台液体火箭发动机试制成功,并被组装在世界上第一枚液体火箭上。这枚火箭长3米,直径约15厘米。液体燃料仅燃烧了2.5秒,飞行高度只有12米,飞行距离仅56米,效果并不理想,但却打开了液体火箭技术的大门。

当戈达德致力于液体火箭技术研究的时候,德国人也加快了对液体燃料火箭的研究步伐,成立了以年轻的太空旅行学会会员布劳恩为主的液体燃料火箭设计研究小组。

在布劳恩的领导下,1933年德国很快研制出了专门用于试验的“A—1”型液体火箭。这种长1.4米,直径0.3米,重量达150千克的火箭,用酒精和液氧作推进剂,发动机推力达到了300千克,在当时是无与伦比的大型火箭。在第二年冬天,成功地试射了“A—1”型火箭的改进型“A—2”火箭,在第三年又完成了“A—3”型火箭的试制。不久,“A—4”型导弹火箭问世。

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1942年底,代号为“樱桃核”的飞航式导弹出世了。这种导弹重2200千克,弹长7.6米,战斗部装药近1000千克,射程可达370千米。由于纳粹党的宣传部长培尔觉得“樱桃核”这个代号不响亮,于是便将这种导弹命名为“V—1”导弹。因为“V”既有英文“胜利”的含义,同时也是德文“复仇”一词的第一个字母。

1942年10月发射“V—2”导弹。导弹重约13吨,弹长14米,直径1.6米,战斗部装药800千克,最大飞行速度1700米/秒,最大推力可达27吨,弹道高100千米,射程320千米。采用具有程序装置及测速仪器的自主式陀螺控制系统,导弹命中率大为提高。

“V—2”导弹是世界上第一枚弹道导弹,体现了当时最先进的火箭制造技术,是现代火箭技术发展史的重要一页。

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第二次世界大战以德军战败结束。苏军首先攻占“V—2”的生产基地。苏军将基地内的火箭制造工艺人员、图纸和机器设备全部运回苏联,而以布劳恩为首的高级设计人员都投奔了美国。美国和苏联两个超级大国相互竞争,火箭制造技术日趋完善。到了20世纪90年代,能够制造火箭的国家有美、俄、法、日、中、印、以、巴等,火箭家庭也在不断扩大。