運載火箭:飛天大力士
火箭技術用於空間探測和開發,為人類通向太空架起了橋樑。火箭好像化身博士,會變化出無數身手不凡、形態各異的運載火箭,成為飛天的大力士,也將人類的理想送上太空。
1957年10月4日,蘇聯用「衛星」號運載火箭發射了第一顆人造地球衛星。之後,蘇聯(俄羅斯)、美國、法國、日本、中國、英國、義大利、印度、巴西、以色列和歐洲空間局等國家和國際組織,先後研製和發射成功30多種不同性能的運載火箭。
作為最精密的運載器,運載火箭由多個系統組成:箭體結構系統是運載火箭的「身體」,推進系統是運載火箭的「肌肉」,控制系統是運載火箭的「大腦」,遙測系統是運載火箭的「神經」,外彈道測量系統是運載火箭的「感覺」,瞄準系統是運載火箭的「眼睛」,安全系統是運載火箭的「心眼」。
運載火箭的結構,從上到下分為四大艙段:
一、有效載荷艙段:位於火箭的頭部,裝載人造衛星、宇宙飛船等航天器。它的外部是流線型整流罩,保護航天器和減少空氣阻力。當火箭飛出大氣層時,它會自動分離、拋棄。
二、控制艙段:是火箭的指揮中樞,在火箭的內部。飛行控制儀器主要有制導、姿態控制、電源和配電等系統。它們控制運載火箭保持一定姿態,確保按正確的航線、軌道飛行。
三、推進劑貯箱艙段:在火箭的內部,裝載推進劑。它佔去運載火箭體積的大部分,總重量的80%~90%。為了增大裝載能力,貯箱造型設計成球形,材料越輕越好,強度越高越好,一般多採用高強度鋁合金材料製成。
四、發動機艙段:位於火箭的後部,有的火箭在外部安裝尾翼。發射前,運載火箭通過它與發射架相連;發射后,在飛行過程中保持外形完整和穩定飛行軌道。
考察一枚運載火箭的優劣,主要的技術指標有:
起飛質量:即運載火箭自身的總質量,包括燃料和有效載荷起飛質量越大,越能將更大更重的航天器送往更遠的空間。
運載能力:即運載火箭將有效載荷送人預定軌道的能
力。由於航天器運行在高低、方向各不相同的軌道上,運載能力和運載方式也不同。
人軌精度:即運載火箭將航天器送人軌道的精度。每顆衛星都有精確的空間坐標一近地點、遠地點、軌道傾角等,運載火箭發射偏離方向、角度,就不能精確定位。
適應能力:即運載火箭的適應範圍。由於航天器的大小、寬度、高度、形狀、重量各不相同,運載火箭的型號及其直徑、高度會直接影響整流罩的大小和高度。
可靠性:即地面試驗和發射飛行反覆驗證出來的百分比,也是一項火箭設計指標。可靠性越高越好。
安全性:即運載火箭每100次發射的安全率,也可以說每100次發射有幾次危及宇航員的生命安全。安全性越高越好。目前,世界載人運載火箭的安全性約為99.5%。
成功率:即運載火箭每100次發射的成功率。火箭發射的可靠性越強,成功率就越高。
到2013年底,各國共發射運載火箭5354枚,成功4922枚,失敗432枚,成功率為91.9%。其中,蘇聯及俄羅斯發射3179枚,成功率93.4%;美國發射1587枚,成功率90.2%;中國發射200枚、成功率91.5%。