多级火箭探秘

多级火箭探秘

也许你会很奇怪，那些耸立在高高的发射台上的运载火箭、洲际导弹总是二级或者三级，难道不能做成一级火箭吗?问题不是那么简单。

大家知道，运载火箭一般是要将卫星或者飞船等飞行器送上环绕地球飞行的轨道。而洲际导弹，要飞行半个地球的距离，因而一般来说必须具有很高的速度。如果将卫星送入环绕地球的轨道飞行，就必须加速到每秒钟7.9千米以上的速度，而将飞船送上月球的速度要求就更大了。

人类在1969年所乘坐的“阿波罗11号”登月飞船的速度就达到每秒钟10.8千米，即使是这样快的飞行速度，也飞行了99个小时才到达月球。

1929年齐奥尔科夫斯基提出多级火箭理论

因此，运载火箭和洲际导弹很强调它们最终能达到的速度。人们最早曾想用速度非常快的大炮，但无论如何努力，最大、最好的大炮也只能打出每秒钟飞行2千米的炮弹。如果用一级火箭，利用目前世界上最好的燃料、最好的火箭发动机、最好的火箭材料也无法达到每秒钟7.9千米的环绕地球速度，最多不过4～5千米/秒。

于是，人们聪明地想到了设计多级火箭，达到第一宇宙速度对它来说是轻而易举的事情。多级火箭无须像单级火箭那样，把整个火箭的壳体也加速到很大的速度而额外地消耗大量的能量，它只是将重量很轻的最末一级火箭加速到很高的速度，而占绝大部分火箭重量的一二级壳体则在飞行途中被抛弃掉。多级火箭的道理就像负重爬山一样。当一个人的体力无法一次背着一个重量很大的背包从山脚一直爬到山顶时，可以这样来完成:第一个人从山脚爬一段后，由第二个人接过背包继续爬到山腰，再由第三个人爬到山顶，这样每个人都能很胜任地完成每段爬山任务。因而一般的运载火箭和洲际导弹都采用多级结构。

举一个例子很容易说明问题:两枚火箭，一枚是单级型的，一枚是二级型的，用同样的推进剂。单级火箭只能达到每秒钟4600米的速度，射程也不过4000千米，只能达到第一宇宙速度的58%。对于二级火箭，它的速度可以达到每秒钟8000米，足以用来发射卫星。

一般火箭在低空出现很高的速度，耗费的燃料特别多，因为此时火箭受到空气阻力特别大。因此聪明的火箭设计师总是在设计飞行程序时让运载火箭慢慢地爬升，以较低的速度穿越稠密大气层的下层，以较快的速度飞出大气的上层，让火箭在大气层外的高空加速。一般多级火箭的第一级都在60千米以上的高空关闭发动机，此时大气密度已降低为千分之一，第二级在稀薄的大气层飞行，真正到第三级火箭点火时，火箭已在真空中工作，没有任何的空气阻力，仅仅需要克服重力而已。

有一种类型的多级火箭不是一级一级接上去的，而是将助推火箭与中心的主火箭捆绑在一起。这种火箭一般在四周捆绑上2枚、4枚或更多的助推火箭，能够产生很大的推力。我国的“长征2E”火箭就是这种捆绑型的火箭。

多级火箭在飞行中，当一级的燃料耗尽时应及时地抛掉，这种两级火箭之间的分离技术对火箭的飞行成功是很重要的。

多级火箭之间用一种很特殊的螺栓连接，当要分离时，装在这种特殊螺栓中的炸药点火引爆，同时将连接物炸断，达到分离的目的。

一旦级间的螺栓被炸开，上面一级发动机就开始点火工作，将下一级火箭推开、抛掉。

另一种先进的分离方式是上面一级的火箭的发动机并不马上点火，而是利用它的加力火箭和下面一级火箭的反推火箭(向下推)使两级之间分开一定距离后再点燃上面一级火箭的发动机。

级间分离是多级火箭一级工作结束，另一级工作开始的重要过渡阶段，稍有差错就会导致飞行失败，因而火箭的级间分离技术特别重要。

目前世界上的多级火箭主要分布在前苏联、美国和中国，欧洲也联合发展了一些大型的火箭。它的研制是一个国家国力大小的标志。