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第5章 争奇斗艳的运载火箭(1)

运载火箭是第二次世界大战后在导弹的基础上开始发展的。第一枚成功发射卫星的运载火箭是苏联用洲际导弹改装的。从上世纪60年代至今的半个多世纪时间里,全球共进行了大约4500多次轨道发射,把1万余个卫星、飞船、实验设备、探测器、着陆器和其他航天器送上各类飞行轨道、地外星球。

世界主要的运载火箭有“大力神”号运载火箭、“德尔它”号运载火箭、“土星”号运载火箭、“东方”号运载火箭、“宇宙”号运载火箭、“能源”号运载火箭等。这些火箭堪称一朵朵美丽的奇葩,在世界航天史上争奇斗艳。

开创航天新纪元

前苏联“东方号”(ракетаноситель“Восток”)系列运载火箭是世界上第一种载人航天运载工具,它开创了人类航天的新纪元,创造了多个“世界第一”:发射了第一颗人造卫星、第一颗月球探测器、第一颗金星探测器、第一颗火星探测器、“上升号”结构图第一艘载人飞船、第一艘无人载货飞船等。

该系列主要包括“卫星号”、“月球号”、“东方号”、“上升号”、“联盟号”、“进步号”和“闪电号”等型号。后四种火箭又构成了“联盟号”子系列,其中“上升号”是“联盟号”的初始型号,“进步号”是“联盟号”用于发射无人货运飞船的基本型,“闪电号”是三级“联盟号”火箭的别名。“东方号”系列是目前世界上发射次数最多的运载火箭系列。“联盟号”是“东方号”的一个子系列,主要发射“联盟号”载人飞船、“进步号”载货飞船。

争奇斗艳的运载火箭“卫星号”火箭

“卫星号”是“东方号”系列的第一种型号,是在P-7洲际弹道导弹的基础上改进而来的。它奠定了前苏联航天运载工具发展的基础。该火箭由芯级火箭和4台侧挂助推火箭并联捆绑而成,全长29.17米,最大直径10.3米,起飞质量达267吨,低地轨道有效载荷能力1327千克。为了控制航向,火箭另外安装了12台可摆动的小型游动发动机。火箭发射时,5台发动机同时点火工作。飞行中,4台助推火箭先行熄火和分离,芯级发动机继续工作,直到把卫星送入轨道。“卫星号”火箭成功发射了3颗人造卫星。1957年10月4日,它成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星。以“卫星号”为基础,加上不同的上面级,就构成了“东方号”系列中的其他型号。

“月球号”

“月球号”月球探测器

“月球号”是“东方号”系列的第二种型号,因发射“月球号”探测器而得名。它是世界上第一种发射月球探测器的火箭,因而也是第一种达到第二宇宙速度的运载火箭。它是在“卫星号”的基础上增加一个上面级改型而成的,全长33.5米,最大直径10.3米,环月轨道运载能力为360千克。它主要用于发射“月球号”探测器。1958年5月1日首次发射失败,次年1月2日首次成功地把“月球一号”探测器送入离月球最近距离为5000千米的日心轨道,使其成为第一颗人造行星。1959年9月12日,它又将“月球二号”探测器送到月球,首次实现月球表面硬着陆。

“东方号”火箭

“东方号”是世界上第一种载人航天运载火箭。它由“卫星号”和“月球号”发展而来,主要是增加了一子级的推进剂质量和提高了二子级发动机的性能。“东方号”火箭全长38.4米,最大直径10.3米,低地轨道运载能力为4730千克,太阳同步轨道运载能力为1150千克。中心的两级火箭,一子级长28.75米,二子级长2.98米,呈圆筒形状。发射时,芯级火箭发动机和4台助推火箭发动机同时点火。大约两分钟后,助推火箭分离脱落,主火箭继续工作两分钟后,也熄火脱落。接着末级火箭点火工作,直到把有效载荷送入绕地球的轨道。1960年5月15日,“东方号”首次成功地进行了不载人卫星式飞船的发射。

“东方号”火箭是因发射“东方号”宇宙飞船而得名的,1961年4月12日,“东方号”宇宙飞船把世界上第一位宇航员尤里·阿列克谢耶维奇·加加林(ЮрийАлексеевичГагарин)送上地球轨道飞行,并安全返回地面。这是人类成功发射的第一艘载人飞船,开创了载人航天的新纪元。到1963年6月16日,它共发射运载6艘载人飞船。其后,“东方号”主要用于发射侦察、气象和地球资源卫星等。到1988年12月,它共发射149次,失败3次。

历史上,“东方号”曾发生过两次严重的爆炸事故,造成215人丧生。一次是1960年10月24日,“东方号”在拜科努尔发射场41号发射台准备发射月球探测器时发生爆炸,包括前苏联国防部副部长、火箭部队司令涅杰林元帅(МаршалНеделин)以及在场的工程技术人员共计165人全部丧生。另一次是1980年3月18日,“东方号”在普列谢茨克发射场的发射台上加注推进剂并进行最后测试时再次发生爆炸,造成50名士兵死亡。

“联盟”系列飞船“联盟号(Союз)”是一种多用途两级运载火箭,是“联盟号”子系列中的两级型火箭,是通过挖掘“东方号”火箭一子级的潜力和采用新的更大推力的二子级研制而成。因发射“联盟号”载人飞船而得名。它是在“东方号”的基础上发展起来的,全长49.5米,最大直径10.3米,起飞重量310吨,低地轨道运载能力约为7.2吨。

1963年11月16日,“联盟号”首次成功地将一颗照相侦察卫星送入轨道。“联盟号”火箭使用频繁,每年大约要发射40次,原来主要用于发射军用侦察卫星、载人或不载人的“联盟号”飞船和“进步号”无人货运飞船。“联盟号”目前仍在使用之中,并用于商业发射,包括发射“全球星”移动通信卫星系统的多颗卫星。

“闪电号”是“东方号”系列中的第一个三级型号,也是发射世界上第一颗金星探测器及第一颗火星探测器的运载火箭。“闪电号”由两级的“联盟号”增加一级上面级构成,因1965年4月发射“闪电号”通信卫星而得名,现已成为三级“联盟号”火箭的代称。

火星探测器“闪电号”全长43.3米,芯级最大直径10.3米,起飞重量300吨,运载能力为:“闪电号”卫星1600千克(近地点400千米,远地点40000千米);预报号卫星900千克(近地点200千米,远地点200000千米);月球探测器1620千克;金星探测器1180千克;水星探测器950千克。

“闪电号”第一、二次发射均告失败。1961年2月4日成功发射了前苏联第7颗人造卫星,创造了当时低地轨道6483千克运载能力的世界纪录。1961年2月12日它成功发射了世界上第一颗金星探测器;1962年11月1日它又成功发射了世界上第一颗火星探测器。“闪电号”主要用于发射各种空间探测器、“闪电号”通信卫星和预警卫星等,曾发射了7颗金星号探测器、10颗“月球号”探测器和1颗“火星号”探测器。

知识点载人飞船

载人飞船是能保障航天员在外层空间生活和工作以执行航天任务并返回地面的航天器,又称宇宙飞船。载人飞船可以独立进行航天活动,也可用为往返于地面和空间站之间的“渡船”,还能与空间站或其他航天器对接后进行联合飞行。载人飞船容积较小,受到所载消耗性物质数量的限制,不具备再补给的能力,而且不能重复使用。1961年苏联发射了第一艘东方号飞船,后来又发射了上升号和联盟号飞船。美国也相继发射了水星号、双子星座号、阿波罗号等载人飞船。导弹孕育出的“雷神”

“雷神(Raytheon)”是美国道格拉斯飞机公司研制的第一代战略导弹,是美国空军一级液体燃料单弹头中程弹道导弹,属于地地中程导弹。1955年底研制工作开始,1956年7月定型,1957年试飞成功,1959年10月装备美国空军。

1963年4月,“雷神”导弹退役后,被用作运载火箭的第一级(芯级),下部捆绑固体助推器,顶部串联不同的上面级,先后研制使用了20多个型号,形成了一个比较完整的运载火箭系列。

“雷神”火箭被用作美国各种型号的“雷神—德尔它”系列运载火箭的第一级。能把重约1800千克的人造地球卫星发射到300~400千米高的轨道上。

“雷神”系列运载火箭是在“雷神”中程弹道导弹的基础上发展起来的,主要用来发射军用卫星和早期的航天探测器,也发射过宇航局的一些科学及应用卫星。该系列包括“雷神—艾布尔”、“雷神—艾布尔星”、“雷神—博纳”、加大推力的“雷神—阿金纳”等型号。

“雷神—艾布尔”型是三级运载火箭,综合了“雷神”中程导弹和“先锋号”火箭两者的技术,一子级是“雷神”中程弹道导弹的改型,代号为DM-18;二子级是“先锋号”运载火箭二子级的改型;三子级是固体火箭,采用阿勒格尼弹道实验室的X-248A7型动力装置。箭长27.28米,最大直径2.44米。

“雷神—艾布尔星”是“雷神—艾布尔”的改进型,该火箭运载能力增大,长度缩短,结构简化,可靠性增强。该箭长24.11米,最大直径2.44米。

“雷神—博纳”箭长21.56米,最大直径2.44米,是为美国空军发射中、小型卫星而设计的。

“加大推力雷神—阿金纳D”型火箭长29米,最大直径为2.44米,是为发射大质量侦察卫星而研制的,1963年在“雷神”基础级上增加了三台固体助推器,并与“阿金纳D”的上面级组合而成的。1966年,通过增加贮箱长度,形成“长贮箱加大推力雷神”基础级。

知识点中程弹道导弹

中程弹道导弹,是将弹道导弹依射程进行分类时的一个子类。通常它的范围被限定为地对地导弹。按照一般的定义,中程弹道导弹是指射程在3000~5500千米之间的地对地弹道导弹。这个分类是很模糊的,因为射程较远的中程导弹与射程较短的洲际导弹之间没有什么本质性区别,而且,各国对于中程弹道导弹的射程范围的定义也不尽相同。研制中程弹道导弹可能成为一国研制洲际导弹的中间步骤。火箭常青树:“宇宙神”

“宇宙神”运载火箭“宇宙神”是美国最早应用的一种液体洲际弹道导弹,射程1.8万千米以上,总推力为1.7兆牛顿。1959年装备部队,1965年被“民兵”洲际导弹取代后被用作运载火箭的芯级,与不同的上面级组合形成运载火箭系列。

1959年10月,洛马公司成功研制SM-65/CGM-16“宇宙神”地对地洲际弹道导弹,并于1960年正式装备美空军。但由于该型导弹存在对推进剂要求高、燃料填装耗时长、防护能力差等弱点,因此其在服役数年后即由第二代洲际弹道导弹所代替,而原有导弹则改装为运载火箭用于发展航天计划。

“宇宙神(Atlas)”系列运载火箭主要有“宇宙神/半人马座”、“宇宙神-1”、“宇宙神-2”、“宇宙神-3”、“宇宙神-5”等型号。

“宇宙神/半人马座”运载火箭

“宇宙神/半人马座”运载火箭主要为美空军发射军事卫星,执行NASA的载人航天飞行与太阳系探测的发射任务。该型火箭是以“宇宙神D”导弹为基础发展而成的,可以把1800千克的有效载荷送入180千米的太空轨道。

1960年1月31日,“宇宙神/半人马座”火箭第一次执行发射任务,1989年9月25日最后一次为美空军发射军事卫星,前后共进行了68次发射,失败11次,任务成功率为83.82%。

“宇宙神-1”运载火箭

“宇宙神-1”运载火箭是由原“宇宙神/半人马座”号运载火箭改进而成的,因为考虑成本问题,两者基本组件相同,但对其导引控制系统进行了重大改进,重点是有可替换的模块化飞行控制单元及与飞行电脑联结的数据总线。

1990年7月25日,“宇宙神-1”运载火箭首次发射,将可观察地球磁场变化的“辐射综合效应观测卫星”送入轨道。随后为执行美空军和NASA的发射任务共制造了18枚“宇宙神-1”运载火箭。1997年4月25日,“宇宙神-1”运载火箭成功进行了最后一次航天发射。

“宇宙神-1”运载火箭共执行11次航天发射任务,8次成功,3次失败,任务成功率为72.73%。

“宇宙神-2”运载火箭

1988年5月,美国空军与通用动力公司签署了第二代军用发射工具的研发合同,主要希望为美国防部发射通信卫星,并可满足商业发射需求,这即是“宇宙神-2”系列运载火箭的发展基础。

“宇宙神-2”运载火箭是美空军使用最为广泛的运载火箭,任务成功率为100%,并连续63次发射成功。“宇宙神-2”运载火箭由美国通用动力公司研制生产,是从20世纪50年代研制的“宇宙神”洲际导弹发展而来。它包含3个子型号:“宇宙神-2”,“宇宙神-2A”和“宇宙神-2AS”。其中改进型火箭“宇宙神-2A”和“宇宙神-2AS”的有效载荷分别达3066千克和3719千克。最新型的“宇宙神-2AS”火箭于1993年12月15日进行了首次发射。

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