正文 第31章 運載火箭(1 / 2)

叮叮、當當駕駛著“陸地蟹001”漫遊在空中。突然,傳感器發出了嗚嗚的警報聲。一個長長的托著紅尾巴的怪物,向“陸地蟹001”衝來。

“陸地蟹001”猛一轉彎,怪物擦身而過,窗外湧起一陣熱浪。叮叮立刻拿起魔盒高喊:“魔盒千機變!”頓時,萬能電子魔盒化為兩架航空攝影機對怪物跟蹤拍攝,並把拍攝的信息傳輸給智多星爺爺。智多星爺爺很快反饋回信息:“這是現代化的航天運輸工具—運載火箭。”

火箭實際上是一種無人駕駛的飛行器。過去它曾經被人們用來達到各種目的,如氣象學中可用火箭驅雹;軍事上用火箭轟擊敵方;節日慶典施放火箭焰光,等等。火箭(過去稱啟花或穿天猴)的原理就是動量守恒原理,作用力與反作用力成對出現的結果便產生推力而運行。火箭最早被用於軍事是“二戰”時期德國V-2火箭。以後各國都將火箭用於戰略戰術目的。本文主要介紹用於宇宙航天方麵的運載火箭。運載火箭又稱空間運載工具。它的任務是把有效載荷(如人造地球衛星、宇宙飛船、星際探測器、太空軌道站等)送入空間軌道,去執行它們各自的使命。

從20世紀50年代中期到現在,世界各國研製的運載火箭不下數十種。它們大小不等,形狀各異,但就結構形式來說是多級組合。組合方式基本上可以分為兩大類,一類是各級首尾相接的串聯式運載火箭;另一類是下麵兩級並聯,上麵一級串聯的串並混合式運載火箭。

整個運載火箭是由箭體結構、動力裝置和控製係統三大部分組成的。

1.箭體結構

箭體結構是運載火箭的骨架,它包括頭部的有效載荷整流罩、儀器艙、推進劑貯箱和尾段,有的大型運載火箭還有尾翼。箭體結構的主要功用是裝置有效載荷、控製係統的儀器設備、發動機和推進劑等,並按要求把組成運載火箭的各部分連接成一個結構緊湊、外形理想的整體。

2.動力裝置

動力裝置包括發動機和液體推進劑輸送係統。它能產生強大的推力,使運載火箭達到預定的速度,從而把有效載荷送入宇宙空間。運載火箭所用的發動機都是火箭發動機。這種發動機的主要特點是不需空氣中的氧氣作氧化劑,完全依靠自身攜帶的推進劑(氧化劑和燃燒劑的總稱)而獨自工作。所以,火箭發動機能在真空條件下使用,這也就是運載火箭能勝任空間載運任務的主要原因。火箭發動機按所用推進劑的不同,主要分為液體推進劑火箭發動機和固體推進劑火箭發動機兩種。不論哪一類,組成運載火箭的各級火箭發動機可以都用液體推進劑,或都用固體推進劑,也可以由固體推進劑和液體推進劑的火箭發動機混合組成。

火箭發動機的結構主要包括燃燒室和噴管。工作時,推進劑就在燃燒室內燃燒,產生高溫高壓燃氣,以高速度從噴管排出,這就產生了推力。若是燃燒室或噴管製成可擺動的,或是采用其他方法改變推力方向,則可產生控製力和力矩,起控製係統執行機構的作用。

3.控製係統

火箭的控製係統包括製導係統、姿態控製係統、電源及配電設備等。它的任務就是控製運載火箭保持一定的姿態,按預定的軌道飛行。運載火箭的製導係統通常為慣性製導和無線電製導。慣性的製導是依靠運載火箭上的儀器設備,通過測量火箭的加速度,算出高度和速度等運動參數,來控製火箭按預定彈道飛行。其主要設備是陀螺儀、加速度表和計算機等。無線電製導是由地麵雷達等無線電設備測出運載火箭的方位和速度,經過計算比較,得出修正飛行誤差的指令並送到火箭上,再由火箭的控製係統,通過執行機構產生控製力和力矩,使運載火箭保持姿態穩定並按預定彈道飛行。

4.其他係統

除上述介紹的各部分外,運載火箭還包括各級間的、有效載荷與末級火箭間的整流罩的分離係統。

運載火箭的大小是由飛行任務要求的有效載荷和飛行軌道決定的。飛行軌道相同,有效載荷越大,起飛重量越大,有效載荷不變,飛行軌道越高,起飛重量越大。由於衛星和飛船等空間飛行器的軌道都比較高,重量較大,所以運載火箭都是一些身高體重的龐然大物。它們的重量少則幾十噸,一般為一百多噸到幾百噸,重的可達二三千噸。高度一般在30米左右,大的有40~50米,有的可達100多米。粗直徑在1米以上,一般為3米左右,最粗的可達10米。通常,有效載荷占運載火箭起飛重量的1%~2%。就是說,發射一顆一噸重的人造衛星,運載火箭就得有50~100噸重。這與飛機等運輸工具相比,其運輸效率是不高的。