航天知識(shí)競(jìng)賽知識(shí)庫(kù) 運(yùn)載工具

航天知識(shí)競(jìng)賽知識(shí)庫(kù)運(yùn)載工具

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力是推動(dòng)火箭運(yùn)動(dòng)的力。發(fā)動(dòng)機(jī)的最高燃?xì)鉁囟戎苯佑绊?/p>

排氣速度，在一般的工作狀態(tài)下，燃?xì)鉁囟仍礁?，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就越大，

通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)（工作介質(zhì)）的質(zhì)量流量越大，發(fā)動(dòng)機(jī)推力也越大。在

海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，火箭處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力稱(chēng)為海

平面靜推力?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)在接近真空環(huán)境下產(chǎn)生的推力稱(chēng)為真空推力。

對(duì)于空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，單位質(zhì)量流量空氣所產(chǎn)生的推力稱(chēng)為單位推力。

推力與發(fā)動(dòng)機(jī)最大截面積之比稱(chēng)為單位面積推力?，F(xiàn)代空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

的海平面靜推力從幾千牛到200千牛（1公斤力=9.8牛）；單臺(tái)火箭

發(fā)動(dòng)機(jī)的推力從0.02牛到幾千萬(wàn)牛。

上圖分別為一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力曲線(xiàn)和兩級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力曲線(xiàn)。

美國(guó)航天飛機(jī)

航天飛機(jī)（SpaceShuttle,又稱(chēng)為太空梭或太空穿梭機(jī)）是可重復(fù)使

用的、往返于太空和地面之間的航天器，結(jié)合了飛機(jī)與航天器的性質(zhì)。

它既能代表運(yùn)載火箭把人造衛(wèi)星等航天器送入太空，也能像載人飛船那

樣在軌道上運(yùn)行，還能像飛機(jī)那樣在大氣層中滑翔著陸。航天飛機(jī)為人

類(lèi)自由進(jìn)出太空提供了很好的工具，它大大降低航天活動(dòng)的費(fèi)用，是航

天史上的一個(gè)重要里程碑。

航天飛機(jī)的基本構(gòu)造

1）基本組成部分

航天飛機(jī)是一種借助外掛助推器垂直起飛、自身可以水平降落的載人航

天器，它以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力發(fā)射到太空，能在軌道上運(yùn)行，且可以往

返于地球表面和近地軌道之間，可部分重復(fù)使用的航天器。它由軌道器、

固體燃料助推火箭和外儲(chǔ)箱三大部分組成。

2）外部燃料箱

外表為鐵銹顏色，主要由前部液氧箱、后部液氫箱以及連接前后兩箱的

箱間段組成。外部燃料箱負(fù)責(zé)為航天飛機(jī)的3臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃料。外

部燃料箱是航天飛機(jī)三大模塊中唯一不能重復(fù)使用的部分，發(fā)射后約

8.5分鐘，燃料耗盡，外部燃料箱便被墜入到大洋中。

3）火箭助推器

這對(duì)火箭助推器中裝有助推燃料，平行安裝在外部燃料箱的兩側(cè)，為航

天飛機(jī)垂直起飛和飛出大氣層進(jìn)入軌道，提供額外推力。在發(fā)射后的頭

兩分鐘內(nèi)，與航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)一同工作，到達(dá)一定高度后，與航天

飛機(jī)分離，前錐段里降落傘系統(tǒng)啟動(dòng)，使其降落在大西洋上，可回收重

復(fù)使用。

4）軌道器

即航天飛機(jī)本身，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。軌道器是整個(gè)系統(tǒng)中惟一

可以載人的、真正在地球軌道上飛行的部件，它很像一架大型的三角翼

飛機(jī)。它的全長(zhǎng)37.24m,起落架放下時(shí)高17.27m;三角形后掠機(jī)翼

的最大翼展23.97m;不帶有效載荷時(shí)質(zhì)量68t,飛行結(jié)束后,攜帶有

效載荷著陸的軌道器質(zhì)量可達(dá)87to它所經(jīng)歷的飛行過(guò)程及其環(huán)境比

現(xiàn)代飛機(jī)要惡劣得多，它既要有適于在大氣層中作高超音速、超音速、

亞音速和水平著陸的氣動(dòng)外形，又要有承受載人大氣層時(shí)高溫氣動(dòng)加熱

的防熱系統(tǒng)。因此，它是整個(gè)航天飛機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)最困難，結(jié)構(gòu)最復(fù)

雜，遇到的問(wèn)題最多的部分

美國(guó)航天飛機(jī)的發(fā)展歷史

1)20世紀(jì)美航天飛機(jī)的發(fā)展

1981年4月12日，第一架航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)發(fā)射,宇航

員約翰?楊和克里平揭開(kāi)了航天史上新的一頁(yè)。

從1981年至1993年底美國(guó)一共有5架航天飛機(jī)進(jìn)行了79次飛行，

其中哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)15次，挑戰(zhàn)者號(hào)10次，發(fā)現(xiàn)者號(hào)17次，亞

特蘭蒂斯號(hào)12次，奮進(jìn)號(hào)25次。每次載宇航員2至8名，飛行時(shí)間

從2天到14天。在12年中，已有301人次參加航天飛機(jī)飛行，其中

包括18名女宇航員。航天飛機(jī)的59次飛行中,在太空施放衛(wèi)星50多

顆，載2座空間站到太空軌道，發(fā)射了3個(gè)宇宙探測(cè)器，1個(gè)空間望遠(yuǎn)

鏡和1個(gè)Y射線(xiàn)探測(cè)器，進(jìn)行了衛(wèi)星空間回收和空間修理，開(kāi)展了一系

列科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，取得了豐碩的探測(cè)實(shí)驗(yàn)成果。美國(guó)航天飛機(jī)創(chuàng)造了許

多航天新紀(jì)錄。

2)21世紀(jì)美航天飛機(jī)的發(fā)展

2003年2月1日，“哥倫比亞”號(hào)在返回地面過(guò)程中于空中解體，成

為繼〃挑戰(zhàn)者〃之后的第二艘失事的航天飛機(jī)。

2005年8月9日，美國(guó)〃發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)在美國(guó)加利福尼亞州的

愛(ài)德華茲空軍基地安全降落，結(jié)束了長(zhǎng)達(dá)14天的太空之旅。這是自〃哥

倫比亞〃號(hào)航天飛機(jī)失事后，美國(guó)航天飛機(jī)首次順利地重返太空，并且

平安回家。

2006年17日，發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心成功著

陸。此次發(fā)現(xiàn)號(hào)順利完成國(guó)際空間站維修和建設(shè)任務(wù)，并為國(guó)際空間站

送去一名宇航員。

2009年，美國(guó)東部時(shí)間5月11日下午2時(shí)左右，美國(guó)〃亞特蘭蒂斯〃

號(hào)航天飛機(jī)從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空，機(jī)上7名宇航員將

對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行最后一次維護(hù)。美國(guó)西部時(shí)間24日8時(shí)39分，

〃亞特蘭蒂斯〃號(hào)航天飛機(jī)載著7名宇航員安全降落在加利福尼亞州爰

德華茲空軍基地，圓滿(mǎn)完成了對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡最后一次維護(hù)的飛行任

務(wù)

2009年7月15日（北京時(shí)間16日6時(shí)3分），美國(guó)〃奮進(jìn)〃號(hào)航天

飛機(jī)從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心成功升空，啟程前往國(guó)際空間站日本

艙安裝最后一個(gè)組件。

2009年8月，美國(guó)東部時(shí)間28日23時(shí)59分（北京時(shí)間29日11時(shí)

59分），美國(guó)〃發(fā)現(xiàn)〃號(hào)航天飛機(jī)從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射

升空?！òl(fā)現(xiàn)〃號(hào)搭載7名宇航員，從肯尼迪航天中心發(fā)射升空前往國(guó)

際空間站，運(yùn)送數(shù)噸的補(bǔ)給和設(shè)備。此前，〃發(fā)現(xiàn)〃號(hào)的發(fā)射已三次被

延遲。25日因?yàn)樘鞖鉅顩r推遲,隨后于26和28日兩度推遲，主要原

因是裝有液體氫的燃料箱閥門(mén)出現(xiàn)問(wèn)題。

2009年9月美國(guó)東部時(shí)間11日晚間7時(shí)47分（北京時(shí)間12日上午7

時(shí)47分）發(fā)現(xiàn)號(hào)開(kāi)始點(diǎn)火進(jìn)行變軌,于當(dāng)天晚間8時(shí)53分（北京時(shí)間

12日上午8時(shí)53分）在爰德華茲空軍基地安全著陸。

2010年美國(guó)東部時(shí)間4月5日早上6點(diǎn)21分（北京時(shí)間18時(shí)21分），

美國(guó)〃發(fā)現(xiàn)號(hào)〃航天飛機(jī)順利發(fā)射升空，攜帶7名宇航員前往國(guó)際空間

站。此次〃發(fā)現(xiàn)號(hào)〃除載有4名男性宇航員外，還攜帶有3名女性宇航

員，將在國(guó)際空間站與1名女性宇航員會(huì)合，創(chuàng)造史上上太空的女性宇

航員人數(shù)最多的紀(jì)錄，達(dá)到4人。

2011年2月24日美國(guó)〃發(fā)現(xiàn)〃號(hào)航天飛機(jī)從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天

中心發(fā)射升空，前往國(guó)際空間站，服役近27年的〃發(fā)現(xiàn)〃號(hào)將最后一

次執(zhí)行飛行任務(wù)。

2011年7月21日美國(guó)〃亞特蘭蒂斯〃號(hào)航天飛機(jī)于美國(guó)東部時(shí)間21

日晨5時(shí)57分（北京時(shí)間21日17時(shí)57分）在佛羅里達(dá)州肯尼迪航;天

中心安全著陸，結(jié)束其〃謝幕之旅〃，這意味著美國(guó)30年航天飛機(jī)時(shí)

代宣告終結(jié)。

空天飛機(jī)

航空航天飛機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)空太飛機(jī)或空天飛機(jī)，是一種新型及大部分國(guó)家在

研究及發(fā)展階段的航天運(yùn)輸系統(tǒng)，既能夠航空亦能夠航天，集飛行器、

太空運(yùn)載工具及航天器于一身，亦可以作為載人航天器，可以重復(fù)使用。

空天飛機(jī)上同時(shí)有飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛時(shí)也不使用火箭助推

器，可以像飛行器一樣從飛機(jī)場(chǎng)跑道上起飛，以高超音速在大氣層飛行,

直接進(jìn)入太空，成為航天器，降落時(shí)亦可以像飛機(jī)一樣在飛機(jī)場(chǎng)跑道上

降落。

空天飛機(jī)是一種未來(lái)的飛機(jī)，它像普通飛機(jī)一樣水平起飛，以每小時(shí)

L6萬(wàn)?3萬(wàn)公里的高超音速在大氣層內(nèi)飛行，在30~100公里高空的

飛行速度為12?25倍音速，而且可以直接加速進(jìn)入地球軌道，成為航

天飛行器，返回大氣層后，像飛機(jī)一樣在機(jī)場(chǎng)著陸，成為自由地往返天

地之間的運(yùn)輸工具。在此之前，航空和航天是兩個(gè)不同的技術(shù)領(lǐng)域，由

飛機(jī)和航天飛行器分別在大氣層內(nèi)、外活動(dòng)，航空運(yùn)輸系統(tǒng)是重復(fù)使用

的，航天運(yùn)載系統(tǒng)一般是不能重復(fù)使用的。而空天飛機(jī)能夠達(dá)到完全重

復(fù)使用和大幅度降低航天運(yùn)輸費(fèi)用的目的。

俄羅斯運(yùn)載火箭

俄羅斯運(yùn)載火箭有許多系列，而且相當(dāng)多的火箭是在彈道導(dǎo)彈基礎(chǔ)上改

進(jìn)而來(lái)的。目前俄羅斯還在使用的運(yùn)載火箭主要有：聯(lián)盟號(hào)火箭、宇宙

號(hào)火箭、旋風(fēng)號(hào)火箭和質(zhì)子號(hào)火箭。除此之外，還有天項(xiàng)號(hào)火箭、起點(diǎn)

號(hào)火箭、閃電號(hào)火箭、安加拉號(hào)火箭、呼嘯號(hào)火箭等。

聯(lián)盟號(hào)系列火箭是在P-7洲際導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，它有多個(gè)不同

的型號(hào)，其中聯(lián)盟號(hào)主要用于載人飛船聯(lián)盟號(hào)的發(fā)射，也用于各類(lèi)衛(wèi)星

的發(fā)射。火箭總長(zhǎng)49.5米，底部最大寬度10.3米,起飛重量310噸,

起飛推力4942千牛。它的近地軌道運(yùn)載能力為7240千克。〃聯(lián)盟〃

系列是發(fā)射次數(shù)最多的火箭，達(dá)1675次之多。

宇宙號(hào)是俄羅斯利用退役的SS-4、SS-5等中程導(dǎo)彈加裝新研制的上面

級(jí)火箭研制而成的中小型運(yùn)載火箭，可以發(fā)射300千克左右的衛(wèi)星，這

些衛(wèi)星大多是科學(xué)衛(wèi)星和技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。由于這類(lèi)衛(wèi)星前蘇聯(lián)通?；炀?/p>

成宇宙系列衛(wèi)星，因而這種火箭得名為〃宇宙號(hào)〃。該系列火箭是俄羅

斯也是全世界發(fā)射數(shù)量居第二位的運(yùn)載火箭，到2007年共計(jì)發(fā)射457

次。

旋風(fēng)號(hào)是在洲際導(dǎo)彈SS-9的基礎(chǔ)上而改進(jìn)班制的中型運(yùn)載火箭,它的

運(yùn)載能力介于宇宙號(hào)和聯(lián)盟號(hào)之間近地軌道運(yùn)載能力約為3000千克。

該火箭共有三個(gè)型號(hào)，共計(jì)發(fā)射了234次。

質(zhì)子號(hào)是俄羅斯目前現(xiàn)役運(yùn)載能力最大的運(yùn)載火箭。該火箭是專(zhuān)門(mén)研制

的、用于發(fā)射大型航天器的火箭，由原切洛梅設(shè)計(jì)局研制。該火箭根據(jù)

發(fā)射航天器類(lèi)型與大小的不同，分別有三、四、五級(jí)結(jié)構(gòu)布局。該火箭

的最大運(yùn)載能力可達(dá)20.6噸，主要用于空間站、行星探測(cè)器、大型應(yīng)

用衛(wèi)星的發(fā)射，共計(jì)發(fā)射了331次。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原理

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是一種化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，用固態(tài)物質(zhì)作為推進(jìn)劑。固體

推進(jìn)劑點(diǎn)燃后在燃燒室中劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓ɑ瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為

熱能），燃?xì)饨?jīng)噴管膨脹加速后，以極高的速度從噴管排出（熱能轉(zhuǎn)化

為動(dòng)能），從而產(chǎn)生推力推動(dòng)火箭向排氣的反方向飛行。

火箭起源

早在中國(guó)上古時(shí)代神話(huà)傳說(shuō)中即有嫦娥奔月的美麗傳說(shuō)。

約公元1232年，宋軍為了保衛(wèi)汴京，使用火箭作為投射武器，對(duì)抗元

軍。

明朝時(shí)，由于戰(zhàn)爭(zhēng)頻發(fā)，使得當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的兵器工業(yè)獲得了重大進(jìn)步，尤

其是〃火箭〃技術(shù)得到了很大的提高，在這種背景下，有一個(gè)名叫萬(wàn)戶(hù)

的人，想利用火箭飛天，并付諸于行動(dòng)，雖然最終失敗，但他無(wú)可爭(zhēng)議

的成為世界火箭史上的第一人。

后來(lái)，火箭技術(shù)經(jīng)由阿拉伯人傳至歐洲。

因此，中國(guó)古代的火箭就是現(xiàn)在火箭的鼻祖。

現(xiàn)代火箭的理論準(zhǔn)備

1883年,康斯坦丁?齊奧爾科夫斯基(KonstantinE.Tsiolkovsky)在

《自由空間》這篇論文中，正式提出了將反作用裝置作為太空旅行工具

的推進(jìn)動(dòng)力，并對(duì)此進(jìn)行定性解釋為：火箭運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)是牛頓第三

定律和能量守恒定律。1893年和1895年，他分別發(fā)表了科幻小說(shuō)《月

球上》和論文《地月現(xiàn)象和萬(wàn)有引力效應(yīng)》，使得這些思想獲得了進(jìn)一

步發(fā)展。1896年，他開(kāi)始對(duì)星際航行進(jìn)行理論研究，進(jìn)一步明確了只

有火箭才能達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。1897年，他推導(dǎo)出了著名的火箭運(yùn)動(dòng)方程。

1920年戈達(dá)德出版了《AmethodofreachingexremeAltitudes),

認(rèn)真討論了使用火箭在太空旅行的問(wèn)題，這在齊奧爾科夫斯基之后還是

第一次，這本書(shū)也引起了全世界的注意，尤其是關(guān)于使用火箭到達(dá)月球

方面。

1923年，赫爾曼?奧伯特(HermannOberth)《飛往星際空間的火箭》

的論文發(fā)表。在文中他對(duì)多級(jí)空間運(yùn)載工具的火箭推力作了重要的數(shù)學(xué)

論證，并對(duì)未來(lái)的液體燃料火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船以及宇宙空間站

等作了精彩的設(shè)想和預(yù)言。

現(xiàn)代火箭的實(shí)踐階段

戈達(dá)德于1926年3月16日在美國(guó)的馬薩諸塞州奧本鎮(zhèn)成功發(fā)射了世

界上第一枚液態(tài)燃料火箭。

十九世紀(jì)二十年代中期，德國(guó)科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始試驗(yàn)?zāi)艿竭_(dá)高空的長(zhǎng)距離

液態(tài)推進(jìn)火箭，由一群業(yè)余火箭工程師組成的德國(guó)火箭學(xué)會(huì)，在1931

年發(fā)射了一枚液態(tài)推進(jìn)火箭（燃料為氧氣和汽油）。

在1931年至1937年，列寧格勒的氣體動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了最大規(guī)模的

火箭引擎設(shè)計(jì)。氣體動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室在格魯什科（ValentinGlushko）的領(lǐng)

導(dǎo)下，研制出100枚實(shí)驗(yàn)性火箭，這其中包含了自燃點(diǎn)火、再生冷卻以

及包括雙推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)混合設(shè)計(jì)的噴油器。

1932年，魏瑪防衛(wèi)軍（德意志國(guó)防軍的前身）看到了使用火箭作為長(zhǎng)

程火炮的可能性，于是，開(kāi)始資助德國(guó)火箭學(xué)會(huì)，但是德國(guó)火箭學(xué)會(huì)的

目標(biāo)純粹限于科學(xué)，在這種情況下，無(wú)奈的魏瑪防衛(wèi)軍只好創(chuàng)建自己的

研究團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)由赫爾曼?奧伯特領(lǐng)導(dǎo)，井吸納了年輕的火箭科學(xué)家

馮?布勞恩加入，該團(tuán)隊(duì)研制了納粹德國(guó)用于二次大戰(zhàn)的長(zhǎng)程武器，包括

后來(lái)大名鼎鼎的V2火箭的前身A系列火箭。

V2火箭于1943年開(kāi)始制造，作戰(zhàn)距離達(dá)到350公里，可以搭載1000

公斤的阿瑪圖炸藥彈頭，在當(dāng)時(shí)的條件下，V2火箭根本無(wú)法被攔截。

V2火箭同現(xiàn)代火箭相比，總體構(gòu)架上幾乎完全一樣，只有極少數(shù)不同。

二戰(zhàn)期間，德國(guó)不僅培養(yǎng)了大量訓(xùn)練有素的火箭技術(shù)人員，同時(shí)取得了

大量的技術(shù)研究成果。二戰(zhàn)結(jié)束后，蘇聯(lián)、英國(guó)及美國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪這些資

源，其中美國(guó)從中獲益最多。除了研究成果，美國(guó)還獲得了大批德國(guó)科

學(xué)家，包括馮?布勞恩。這些科學(xué)家在美國(guó)重新組建了研究團(tuán)隊(duì)，并在

馮?布勞恩的領(lǐng)導(dǎo)下,繼續(xù)進(jìn)行火箭方面的研究。他們將V2火箭變成了

美國(guó)紅石火箭，用于早期太空任務(wù)。

與此同時(shí)，在科羅廖夫(Kopo/ieB)的領(lǐng)導(dǎo)下，蘇聯(lián)的火箭研究也在

持續(xù)進(jìn)行著。在德國(guó)技術(shù)人員的協(xié)助下N2火箭被復(fù)制及改進(jìn)成R-L

R-2及R-5飛彈。后來(lái)，德國(guó)技術(shù)被放棄,蘇聯(lián)依靠自己的技術(shù)人員發(fā)

明了最初的洲際飛也R-7彈道飛彈。在R-7基礎(chǔ)上改進(jìn)的運(yùn)載火箭,

發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星、世界上第一個(gè)太空人、世界上第一個(gè)月

球探測(cè)器以及行星際探測(cè)器。

火箭在軍事上意義十分重要，因?yàn)榇钶d武器(包括核武器)的火箭在發(fā)

射后基本上是無(wú)法防御的，因此，進(jìn)入冷戰(zhàn)后，火箭技術(shù)的發(fā)展獲得迅

速的發(fā)展。相應(yīng)的，太空競(jìng)賽也進(jìn)入白熱化階段，各國(guó)競(jìng)相展開(kāi)相關(guān)的

研究，包括前蘇聯(lián)，美國(guó)以及其它國(guó)家，如英國(guó)、日本、澳大利亞等,

這些研究最終導(dǎo)致60年代末的阿波羅飛船成功載人登陸月球。

火箭力學(xué)原理

牛頓第三定律是火箭推進(jìn)原理的依據(jù)，該定律是英國(guó)科學(xué)家牛頓在

1687年于《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中提出的。其內(nèi)容為：相互作

用的兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用

在同一條直線(xiàn)上。

從能量觀點(diǎn)看，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一個(gè)變化學(xué)能為動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)換器。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，燃燒劑（液體或固體）和氧化劑在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室

里燃燒，產(chǎn)生大量高壓燃?xì)猓@些高壓燃?xì)鈴陌l(fā)動(dòng)機(jī)噴管高速?lài)姵?，?/p>

據(jù)牛頓第三定律可知，火箭因此會(huì)獲得高壓燃?xì)鈬娚涞姆醋饔昧?，進(jìn)而

沿燃?xì)鈬娚涞姆捶较蚯斑M(jìn)。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于一個(gè)充滿(mǎn)空氣的氣球，當(dāng)把

氣球扎緊的口松開(kāi)時(shí)，氣球內(nèi)的空氣會(huì)往外噴，與此同時(shí)，獲得噴氣反

作用力的氣球，會(huì)沿噴氣的反方向飛出。

天頂號(hào)火箭

〃天頂號(hào)〃是前蘇聯(lián)的一種中型運(yùn)載火箭，主要用來(lái)發(fā)射軌道高度在

1500km以下的軍用和民用衛(wèi)星，以及經(jīng)過(guò)改進(jìn)的〃聯(lián)盟號(hào)〃TM型載

人飛船和〃進(jìn)步號(hào)〃改進(jìn)型貨運(yùn)飛船。〃天頂號(hào)〃2型是兩級(jí)運(yùn)載火箭，

其一子級(jí)還被用作"能源號(hào)〃火箭助推級(jí)的助推器。

，，天頂號(hào)，，3型是三級(jí)運(yùn)載火箭，它在2型的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)遠(yuǎn)地

點(diǎn)級(jí)，用于將有效載荷送入地球同步軌道、其它高軌道或星際飛行軌道。

2型與3型用的一子級(jí)和二子級(jí)是相同的?！ㄌ祉斕?hào)〃是前蘇聯(lián)繼〃旋

風(fēng)號(hào)〃后第二個(gè)利用全自動(dòng)發(fā)射系統(tǒng)實(shí)施發(fā)射的運(yùn)載火箭。在發(fā)射廠(chǎng)，

火箭呈水平狀態(tài)進(jìn)行總裝、測(cè)試、轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射臺(tái)，所有發(fā)射操作都是按

照事先確定的程序自動(dòng)進(jìn)行的。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖

比沖，或稱(chēng)比沖量(英文：specificimpulse),是用于衡量火箭或飛

機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的重要物理參數(shù)。比沖的定義為單位推進(jìn)劑的量所產(chǎn)生的

沖量，單位為米/秒(m/s)或牛秒/千克(Ns/kg),工程上習(xí)慣使用秒⑸。

比沖越高代表效率越好，亦即可以用相同質(zhì)量的燃料產(chǎn)生更多的動(dòng)量。

如果用重量描述推進(jìn)劑的量，比沖擁有時(shí)間量綱，國(guó)際單位為秒；如果

用質(zhì)量描述推進(jìn)劑的量，比沖以速度量綱表現(xiàn)，國(guó)際單位為米每秒,由

于在計(jì)算上比沖可以寫(xiě)為推力與推進(jìn)劑重量或質(zhì)量流速之比，故又稱(chēng)比

沖為比推力(英文:specificthrust)。

火箭運(yùn)動(dòng)方程

火箭運(yùn)動(dòng)方程是前蘇聯(lián)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基于1903年提出的，即在

不考慮空氣阻力和地球引力的理想情況下，用于計(jì)算火箭在發(fā)動(dòng)機(jī)工作

期間獲得速度增量的公式：

△V=Vex|n(m0/ml)

式中AV是火箭加速后與加速前的速度的差值,Ve是火箭的排氣速度(也

就是火箭噴射速度)，m0是發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)的火箭質(zhì)量，ml是發(fā)動(dòng)

機(jī)結(jié)束工作時(shí)的火箭質(zhì)量。用這個(gè)公式可以近似地評(píng)估火箭需要攜帶的

推進(jìn)劑數(shù)量和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)理想速度的影響。

火箭運(yùn)動(dòng)方程是描述火箭運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，也是分析、計(jì)算和模擬

火箭運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。實(shí)際中的火箭運(yùn)動(dòng)方程比較復(fù)雜，通常用數(shù)字計(jì)算機(jī)

或模擬計(jì)算機(jī)求解。在某些簡(jiǎn)化條件下，也可用解析法求解。

世界上第一枚液體火箭

1921年12月，戈達(dá)德完成了世界上第一臺(tái)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制。

1925年，他已經(jīng)試制出了第三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。

1926年春，他將液氧貯箱和汽油貯箱串聯(lián)的連接在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，并

分別用兩個(gè)長(zhǎng)約L5米的細(xì)管將液氧和汽5由傳送到燃燒室中，傳送方式

采用的是高壓氮?dú)鈹D壓法。

1926年3月26日戈達(dá)德進(jìn)行了世界上第一枚液體火箭的發(fā)射試驗(yàn)，

地點(diǎn)是沃德農(nóng)場(chǎng)，參加試驗(yàn)的人員還包括他的妻子和兩個(gè)助手，這次試

驗(yàn)取得了巨大的成功。他在報(bào)告中描述道：〃火箭試驗(yàn)在下午2:30進(jìn)

行，經(jīng)過(guò)2.5秒后，上升高度達(dá)12米，飛行距離達(dá)56米〃。從此，液

體火箭技術(shù)的大門(mén)被打開(kāi)。試驗(yàn)后，戈達(dá)德又進(jìn)一步改進(jìn)了火箭的結(jié)構(gòu)。

首先，他把發(fā)動(dòng)機(jī)放置在火箭的尾部，同時(shí)，采取了保持火箭穩(wěn)定飛行

的措施。然后，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)提供最大的燃燒效率，他對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒

室做了改良。

1929年7月29日，戈達(dá)德對(duì)新研制的火箭進(jìn)行了試驗(yàn)。這枚火箭長(zhǎng)

3.36米,它的頭部裝有氣壓計(jì)和溫度計(jì)，同時(shí)，戈達(dá)德還在兩個(gè)儀表的

前面安裝了照相機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大高度時(shí)，降落傘彈出的同時(shí)，其彈射開(kāi)

關(guān)也會(huì)打開(kāi)相機(jī)快門(mén)，這樣就可以記錄下來(lái)火箭在最大高度時(shí)大氣的溫

度值和壓力值。這次試驗(yàn)火箭的飛行高度達(dá)到32米，水平方向飛行了

53米，由于有降落傘的保護(hù)，保證了儀表的完好。這枚火箭可以稱(chēng)為

〃世界上第一枚探空火箭〃。

現(xiàn)代火箭的基本類(lèi)型

火箭類(lèi)型可以按照多種方式分類(lèi)：

按照火箭使用的能源分，可以分為化學(xué)火箭、電火箭、核火箭以及光子

火箭等?；瘜W(xué)火箭又可以細(xì)分為液體推進(jìn)劑火箭、固體推進(jìn)劑火箭以及

固液混合推進(jìn)劑火箭三種類(lèi)型。

按照火箭的用途分，可以分為衛(wèi)星運(yùn)載火箭、氣象火箭、布雷火箭、防

雹火箭以及各類(lèi)軍用火箭等。

按照火箭有無(wú)控制系統(tǒng)，可以分為有控火箭和無(wú)控火箭。

按照火箭的級(jí)數(shù)分，可以分為單級(jí)火箭和多級(jí)火箭。

按照火箭的射程分，可以分為近程火箭、中程火箭和遠(yuǎn)程火箭。

現(xiàn)代火箭的基本組成部分

火箭的基本組成部分包括推進(jìn)系統(tǒng)、箭體和有效載荷，有控火箭還裝有

制導(dǎo)和控制系統(tǒng)。

火箭推進(jìn)系統(tǒng)主要是用推進(jìn)劑作為燃料的大功率裝置，包括主發(fā)動(dòng)機(jī)、

貯箱增壓系統(tǒng)、推送劑供應(yīng)管路、軌道機(jī)動(dòng)系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)。大部

分發(fā)動(dòng)機(jī)靠高速排出推進(jìn)劑燃燒后產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)鈦?lái)獲得推力。作為

燃料的推進(jìn)劑（由氧化劑和燃料組成府兩種形式，一種是液態(tài)推進(jìn)劑，

另一種是固態(tài)推進(jìn)劑。

箭體用于連接和安裝火箭的各個(gè)系統(tǒng)，并容納推進(jìn)劑。箭體要有良好的

空氣動(dòng)力外形，以減小飛行過(guò)程中的空氣摩擦。除此之外，在性能不變

的前提下，要求質(zhì)量和體積越小越好，因?yàn)樵谄痫w質(zhì)量一定時(shí)，火箭的

質(zhì)量越輕，可以獲得的飛行速度越大。

運(yùn)載火箭的有效載荷包括人造衛(wèi)星、宇宙飛船或空間探測(cè)器等各類(lèi)航天

器。火箭作為武器時(shí)的有效載荷就是戰(zhàn)斗部（彈頭）。

火箭制導(dǎo)與控制系統(tǒng)，是火箭在飛行過(guò)程中，導(dǎo)引和控制火箭按選定的

路線(xiàn)飛向目標(biāo)所需的全部裝置（包括硬件和軟件）。

雷神運(yùn)載火箭

雷神液體火箭本身推力為78噸，加上阿金納上面級(jí),總長(zhǎng)23.2米，最

大直徑2.44米，起飛重量56噸，能把700多千克的衛(wèi)星送上500千

米左右高的地球軌道。為了增加運(yùn)載能力，有時(shí)在它周?chē)壣?臺(tái)固

體助推火箭，使其運(yùn)載重量提高到1噸。雷神是美國(guó)發(fā)射早期小型衛(wèi)星

如發(fā)現(xiàn)者號(hào)的運(yùn)載火箭，從1959年以來(lái)發(fā)射400多次，現(xiàn)已不常用。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組成

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的組成包括藥柱、燃燒室、噴管組件和點(diǎn)火裝置等.

藥柱由推進(jìn)劑與少量添加劑制成，為中空［1柱體，置于燃燒室中。

因?yàn)橥七M(jìn)劑燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生2500?3500℃的高溫和102?2xlO7Pa

的高壓力，所以燃燒室必須采用高強(qiáng)度的合金鋼、鈦合金或復(fù)合材料制

造，而且要在藥柱與燃燒內(nèi)壁之間裝備隔熱襯。

火裝置的作用是點(diǎn)燃藥柱，通常由電發(fā)火箭口火藥盒（裝有黑火藥或煙

火劑）組成。點(diǎn)火裝置通電后由電熱絲首先點(diǎn)燃黑火藥，再由黑火藥點(diǎn)

燃藥拄。

噴管組件由噴管和推力向量控制系統(tǒng)組成。噴管主要作用是使燃?xì)馀蛎?/p>

加速產(chǎn)生推力。推力向量控制系統(tǒng)則能改變?nèi)細(xì)鈬娚涞慕嵌龋瑥亩鴮?shí)現(xiàn)

推力方向的控制。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一旦開(kāi)始工作，無(wú)法停止，等藥柱燃燒完畢，發(fā)動(dòng)機(jī)才

停止工作。

與液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、推進(jìn)劑密度

大以及操縱方便可靠等優(yōu)點(diǎn)，而缺點(diǎn)是比沖小。固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖

一般在250~300秒，工作時(shí)間較短，加速度太大導(dǎo)致推力不易控制，

而且重復(fù)起動(dòng)困難，因此不利于載人飛行。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要用途是作為火箭彈、導(dǎo)彈和探空火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)，以

及航天器發(fā)射和航天飛機(jī)起飛的助推發(fā)動(dòng)機(jī)。

航天飛機(jī)固體助推器

航天飛機(jī)固體助推器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)SRB或助推器）是航天飛機(jī)的一對(duì)輔助

助推器，分別安裝在外儲(chǔ)箱兩側(cè)，功能是為航天飛機(jī)升空的前兩分鐘提

供推力，其中，每臺(tái)助推器都能產(chǎn)生1.8倍于F-1發(fā)動(dòng)機(jī)（推力最大的

單室液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，5臺(tái)F-1發(fā)動(dòng)機(jī)將土星五號(hào)送上月球）的推

力。SRB是推力最大的固體助推器，同時(shí)也是載人航天史上第一次使用

固體助推器。SRB的主要承包商和藥柱生產(chǎn)商是位于猶他州百翰市的錫

奧科爾公司。

兩臺(tái)可重復(fù)使用的SRB提供航天飛機(jī)離地時(shí)的主要推力，一直工作到

約45公里高空。三臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火推力達(dá)到預(yù)設(shè)水平后，SRB分離,

到達(dá)67公里最高點(diǎn)時(shí)降落傘打開(kāi)，降落在離發(fā)射場(chǎng)122海里海面上并

得到回收。每臺(tái)助推器尾部還通過(guò)四顆脆性螺母與發(fā)射臺(tái)相接，起飛時(shí)

螺母斷開(kāi)。助推器分為七部分，由不同廠(chǎng)商制造，然后在廠(chǎng)房中成對(duì)組

裝,通過(guò)鐵路運(yùn)到肯尼迪航天中心完成最后總裝。

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組成

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一般由推力室、推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)三部

分組成。

推力室的作用是將液體推進(jìn)劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成推進(jìn)力。它由噴注器、燃

燒室、噴管組件等部件組成。推進(jìn)劑通過(guò)噴注器注入燃燒室，經(jīng)霧化、

蒸發(fā)、混合、燃燒等過(guò)程生成高溫高壓燃?xì)猓詷O高速度（2500-5000

米/秒）從噴管中排出而產(chǎn)生推力。燃燒室內(nèi)壓力高達(dá)200個(gè)大氣壓（約

20MPa）、溫度高達(dá)3000~4000℃,故需要冷卻。

推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)的作用是按照要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進(jìn)劑。

按照輸送方式不同，可以分為擠壓式（氣壓式用口泵壓式兩類(lèi)供應(yīng)系統(tǒng)。

擠壓式供應(yīng)系統(tǒng)一般由高壓氣瓶、減壓器等組成，其原理是，高壓氣瓶

中的高壓惰性氣體（氮、氮等）經(jīng)減壓器減壓后進(jìn)入推進(jìn)劑貯箱，將推

進(jìn)劑從貯箱擠壓到推力室，擠壓式供應(yīng)系統(tǒng)只用于小推力發(fā)動(dòng)機(jī)；泵壓

式供應(yīng)系統(tǒng)則采用液壓泵輸送推進(jìn)劑，大推力發(fā)動(dòng)機(jī)一般使用泵壓式供

應(yīng)系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的作用是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作程序以及工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)

和控制。其工作過(guò)程分為起動(dòng)、工作、關(guān)機(jī)三個(gè)階段，按預(yù)定程序自動(dòng)

進(jìn)行。工作參數(shù)則主要指推力大小、推進(jìn)劑的混合比等。

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)原理

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)基本工作原理是，燃料和氧化劑分別從貯箱中被擠出，

經(jīng)由推進(jìn)劑輸送管道進(jìn)入推力室，通過(guò)推力室頭部噴注器進(jìn)行混合并霧

化，形成細(xì)小的液滴,這些液滴被燃燒室中的火焰加熱氣化并劇烈燃燒,

變成高溫高壓的燃?xì)?，燃?xì)饨?jīng)過(guò)噴管被加速成超聲速氣流向后噴出，從

而產(chǎn)生作用在發(fā)動(dòng)機(jī)上的推力，推動(dòng)火箭前進(jìn)。

液體發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑輸送有四種方式：擠壓循環(huán)方式，燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)方

式，分級(jí)燃燒循環(huán)方式和膨脹循環(huán)方式。

擠壓循環(huán)方式:擠壓循環(huán)方式是利用高壓氣體經(jīng)減壓器減壓后進(jìn)入燃料、

氧化劑貯箱，將其分別擠壓到燃燒室中，不過(guò)受制于材料的限制，貯箱

不可能做到太大壓強(qiáng)，因此只能用在小型低性能的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上。

燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)方式：燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)方式，一部分燃料和氧化劑流入

一個(gè)燃?xì)獍l(fā)生器燃燒，推動(dòng)燃料泵和氧化劑泵運(yùn)轉(zhuǎn)，燃料泵和氧化劑泵

則分別把燃料和氧化劑壓入燃燒室中，預(yù)燃的廢氣直接排出。對(duì)于初始

燃料和氧化劑的流動(dòng)，有的是通過(guò)儲(chǔ)箱的擠壓完成的,有的是依靠自然

的重力引導(dǎo)。

分級(jí)燃燒循環(huán)方式：分級(jí)燃燒循環(huán)方式又稱(chēng)補(bǔ)燃方式，同樣是一部分燃

料和氧化劑在預(yù)燃器中燃燒，從而推動(dòng)燃料泵和氧化劑泵工作，不同的

是，預(yù)燃器中的燃?xì)庠谶@種方式下不是直接排放，而是壓入燃燒室，避

免了燃料和氧化劑的浪費(fèi)，并且可以做到更大的比沖。高比沖發(fā)動(dòng)機(jī)一

般都會(huì)采用分級(jí)燃燒的循環(huán)方式，分級(jí)燃燒時(shí)為了獲得更高比沖，一般

燃燒室壓力要比燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)高很多，所以又稱(chēng)高壓補(bǔ)燃方式。

膨脹循環(huán)方式：膨脹循環(huán)方式則是燃料和氧化劑流過(guò)燃燒室壁和噴管壁,

在那里冷卻燃燒室和噴管的同時(shí)，自身升溫獲有更大壓力，進(jìn)而推動(dòng)燃

料泵和氧化劑泵運(yùn)轉(zhuǎn)。膨脹燃燒循環(huán)方式的發(fā)動(dòng)機(jī)一般來(lái)說(shuō)都具有很高

的比沖，理論上在其他條件相同時(shí)其比沖是最高的，不過(guò)推力很難做大，

例如美國(guó)的RL10-B-2,雖然具有液體發(fā)動(dòng)機(jī)中最高的比沖——465.5

秒，但是推力只有24750磅，約合11.2噸。

F-1液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

F-1火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是由美國(guó)洛克達(dá)因公司（Rocketdyne）設(shè)計(jì)制造的一

款單燃燒室液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，采用液氧和煤油作為推進(jìn)劑。作為單燃燒

室液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，其推力是有史以來(lái)最大的；作為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),

其推力是有史以來(lái)世界第二大的，僅次于俄羅斯

RD-170e

F-1火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)海平面推力是150萬(wàn)磅力（約合680.39噸）。

這么大的推力能夠在5臺(tái)并聯(lián)的時(shí)候，將起飛重量高達(dá)3000多噸的土

星5號(hào)火箭在短短150秒的時(shí)間內(nèi)推送到6萬(wàn)4千米的高度，并達(dá)到

9920千米/小時(shí)（2.76千米/秒）的速度。

1955年，洛克達(dá)因公司接到了美國(guó)空軍研制重型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)，

空軍要求研發(fā)一款推力強(qiáng)大的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，為今后可能會(huì)研發(fā)的重型洲

際彈道導(dǎo)彈進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備。

接到任務(wù)后，洛克達(dá)因公司便開(kāi)始了研發(fā)工作，很快就推出了一款名為

E-1的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，這款發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性極佳，但是推力性能平平，美國(guó)

空軍對(duì)此并不滿(mǎn)意，他們認(rèn)為今后的洲際彈道需要更大推力的發(fā)動(dòng)機(jī),

并要求洛克達(dá)因公司繼續(xù)研究，摸索液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力極限。于是,

在那之后，科研人員不斷進(jìn)行這著努力，最終F-1火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的雛形誕

生了。

1959年3月，F(xiàn)-1發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)靜態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)獲得了成功。該發(fā)動(dòng)機(jī)

被迅速運(yùn)到了NASA的馬歇爾航天中心，并進(jìn)行了進(jìn)一步測(cè)試。當(dāng)E寸，

680.39噸的推力，讓馬歇爾航天中心周?chē)鷰资锓秶鷥?nèi)的人們都體

會(huì)到了地動(dòng)山搖的感受。

在隨后的測(cè)試中，F(xiàn)-1發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象逐漸暴露出來(lái)，并可能

導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。攻克這個(gè)技術(shù)難題的進(jìn)展非常緩慢，因?yàn)檫@種故障

的發(fā)生是不可預(yù)知的。不過(guò)，工程師們還是想出了解決辦法，他們將少

量爆轟炸藥放進(jìn)燃燒室中，并在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引爆里面的炸藥，以此測(cè)

試燃燒室在壓力變化時(shí)的反應(yīng)。工程師們隨后測(cè)試了幾種不同的燃料噴

射器，并最終得到了最佳的匹配方案。

后來(lái)，F(xiàn)-1在阿波羅8號(hào)(SA-503)和阿波羅17號(hào)(SA-512)的任務(wù)期間

又得到進(jìn)一步改進(jìn)，因?yàn)殡S著任務(wù)的進(jìn)展，土星五號(hào)的負(fù)荷也不斷增大。

60年代，洛克達(dá)因公司在對(duì)F-1發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)研究之后，開(kāi)發(fā)出了新款

的F-1A發(fā)動(dòng)機(jī)。同F(xiàn)-1發(fā)動(dòng)機(jī)相比，二者外觀相似，但F-1A比F-1

更輕，而且推力更大(達(dá)到9.1兆牛)，可以滿(mǎn)足后阿波羅時(shí)期土星5

號(hào)的需求，不過(guò)隨著土星5號(hào)生產(chǎn)線(xiàn)的停產(chǎn)，F(xiàn)?1A從未使用過(guò)。

從70年代至今，不斷有各種關(guān)于使用F-1來(lái)開(kāi)發(fā)新型火箭的意見(jiàn)，但

都未能成行。

RD-170液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

RD-170火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是由俄羅斯動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體設(shè)計(jì)制造的一

款高壓補(bǔ)燃循環(huán)煤油/液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，是有史以來(lái)最強(qiáng)大的火箭發(fā)動(dòng)

機(jī)，發(fā)展至今一共有超過(guò)10種改進(jìn)型號(hào)和衍生型號(hào)，推力涵蓋190噸

?1000噸。

蘇聯(lián)在1970年代開(kāi)始了一個(gè)野心勃勃的大型運(yùn)載火箭系列計(jì)劃，準(zhǔn)備

以同一款大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，發(fā)展多種發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)和運(yùn)載火箭型

號(hào)。RD-170火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，正是得益于這一計(jì)劃。而與RD-170

直接相關(guān)的兩個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)是天頂號(hào)火箭，另一個(gè)是能源號(hào)火箭。這兩

個(gè)項(xiàng)目都需要一臺(tái)高可靠性、可多次重復(fù)啟動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)以及使用液氧煤

油為燃料的大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

RD-170發(fā)動(dòng)機(jī)具有4個(gè)燃燒室,1臺(tái)渦輪泵以及2個(gè)預(yù)燃室。其中渦

輪泵是單級(jí)的整個(gè)渦輪泵系統(tǒng)還包括1臺(tái)氧化劑泵和1臺(tái)兩級(jí)燃料泵,

整個(gè)系統(tǒng)連接了低壓的燃料泵和氧化劑泵，并使推進(jìn)劑增壓，以防止渦

輪泵形成空穴現(xiàn)象，從而防止燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)。RD-170的煤油

燃料的秒流量為L(zhǎng)5噸，為了提高可靠性，防止如此巨大的流量擠到一

個(gè)預(yù)燃室里出現(xiàn)問(wèn)題，采用2個(gè)預(yù)燃室。

RD-170火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有非常強(qiáng)悍的推力,其渦輪泵功率為25.7萬(wàn)馬

力，換算成功率，約為192兆瓦，其海平面推力達(dá)到740噸。至今為

止,RD-170及其改進(jìn)型號(hào)或者衍生型號(hào)在很多運(yùn)載火箭上得到應(yīng)用，

包括前蘇聯(lián)的能源號(hào)運(yùn)載火箭和天頂1號(hào)/2號(hào)運(yùn)載火箭、俄羅斯及烏

克蘭的天頂2M/2SB/2SLB運(yùn)載火箭和天頂-3SL運(yùn)載火箭、美國(guó)的宇

宙神5型運(yùn)載火箭、韓國(guó)的羅老號(hào)運(yùn)載火箭以及俄羅斯的聯(lián)盟2運(yùn)載火

箭和安加拉號(hào)火箭等。

RD-180液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

RD-180火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是由俄羅斯動(dòng)力機(jī)械科冊(cè)生產(chǎn)聯(lián)合體研制的一款雙

燃燒室雙噴嘴的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。該款發(fā)動(dòng)機(jī)由RD-170系列火箭發(fā)動(dòng)機(jī)衍

生而來(lái)，采用共享渦輪泵設(shè)計(jì)。

RD-180以煤油和液氧為推進(jìn)劑，使用高壓分級(jí)燃燒循環(huán)設(shè)計(jì),它繼承

了先驅(qū)RD-170的富氧預(yù)燃室設(shè)計(jì)，其噴嘴的活動(dòng)由四個(gè)液壓缸支持,

從而使發(fā)動(dòng)機(jī)效率更高。

因?yàn)镽D-180發(fā)動(dòng)機(jī)是以RD-170/171系列發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的,所

以該發(fā)動(dòng)機(jī)得到快速發(fā)展。幾十年前，RD-180主要應(yīng)用于前蘇聯(lián)的〃能

源號(hào)〃重型運(yùn)載火箭的第一級(jí)。1996年，該發(fā)動(dòng)機(jī)成功競(jìng)得洛克希德?馬

丁公司制造的最新"宇宙神〃運(yùn)載火箭第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)項(xiàng)目并交

付使用。1997年，動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體與美國(guó)簽訂合作協(xié)議，到

2018年底，動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體共向美國(guó)交付101臺(tái)RD-180火

箭發(fā)動(dòng)機(jī)，到2013年后期，動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體已向美國(guó)供應(yīng)了

70多臺(tái)RD-180火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，該協(xié)議仍在持續(xù)進(jìn)行中。

RS-25/68液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)

RS-25液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)曾是航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)。

在航天飛機(jī)退役后，RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)被賦予了新的使命，就是為美國(guó)宇航

局SLS火箭提供動(dòng)力，該火箭會(huì)搭載宇航員對(duì)小行星以及火星進(jìn)行探索。

SLS火箭預(yù)計(jì)能夠攜載130噸物體進(jìn)入太空，它將是歷史上最強(qiáng)大的太

空火箭系統(tǒng)。

RS-68是目前推力最大的液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它的海平面推力高達(dá)

2886千牛（663000磅力）真空推力高達(dá)3308千牛（751,000磅力），

兩個(gè)數(shù)據(jù)都是發(fā)動(dòng)機(jī)在102%的工作狀態(tài)下測(cè)得的。

RS-68發(fā)動(dòng)機(jī)由洛克達(dá)因的推進(jìn)與動(dòng)力分公司進(jìn)行設(shè)計(jì)并在圣蘇珊娜

實(shí)驗(yàn)室制造的，用于驅(qū)動(dòng)德?tīng)査男瓦\(yùn)載火箭。相比航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)

（SSME）,RS-68的比沖降低了10%，推力也有所下降，但是，RS-86

的成本卻大幅降低，節(jié)省了近80%的成本。

RS-68起初在空軍實(shí)驗(yàn)室（AFRL）做相關(guān)試驗(yàn)，之后轉(zhuǎn)到斯坦尼斯航

天中心試驗(yàn)。1998年9月11日，RS-68發(fā)動(dòng)機(jī)首次成功試車(chē)，而使

用該發(fā)動(dòng)機(jī)的德?tīng)査男瓦\(yùn)載火箭則在2002年11月20日首次試飛。

2006年5月18日，NASA宣布用五臺(tái)RS-68替換戰(zhàn)神五號(hào)上原計(jì)劃

使用的看中主要是因?yàn)樗牡土靸r(jià)，隨后，

SSMEeNASARS-68

NASA對(duì)RS-86進(jìn)行了改進(jìn)，包括替換了一個(gè)新的燒蝕噴嘴以適應(yīng)更

長(zhǎng)的燃燒時(shí)間，縮短啟動(dòng)的流程，更換了限制點(diǎn)火時(shí)氫逸出的設(shè)備，從

而減少發(fā)射倒計(jì)時(shí)氫的用量。通過(guò)改進(jìn),RS-68的推力和比沖都有所上

升。

Merlin-1D液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)

在SpaceX開(kāi)始制造〃梅林1D〃（Merlin-1D）發(fā)動(dòng)機(jī)用以驅(qū)動(dòng)〃獵鷹9

號(hào)"火箭后不到兩年的時(shí)間內(nèi),SpaceX已經(jīng)完成了第100臺(tái)〃梅林

1D〃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造。SpaceX現(xiàn)在已經(jīng)成為世界最大的私人火箭發(fā)

動(dòng)機(jī)制造商。

〃梅林1D〃是一款完全由美國(guó)設(shè)計(jì)，并由總部設(shè)在加利福尼亞霍恩的

SpaceX廠(chǎng)房所制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。現(xiàn)階段SpaceX每周可以生產(chǎn)4臺(tái)

發(fā)動(dòng)機(jī)，并計(jì)劃在2014年底將產(chǎn)量提升至每周5臺(tái)。制造過(guò)程以主要

部件噴嘴、渦輪泵、氣體發(fā)生器、推力室、閥門(mén)和驅(qū)動(dòng)器、傳感器等其

他小型部件組裝成發(fā)動(dòng)機(jī)的主要組件。這些組件將被組裝成發(fā)動(dòng)機(jī)的下

部和上部組合體。一旦上部和下部組合體交付至一定數(shù)量，就將在測(cè)試

前經(jīng)受一系列的質(zhì)量檢查。

SpaceX采用位于德克薩斯州麥格雷戈的火箭研發(fā)設(shè)施來(lái)測(cè)試這些發(fā)動(dòng)

機(jī)。一旦通過(guò)認(rèn)證達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和并滿(mǎn)足了飛行狀態(tài)下的可靠性，發(fā)

動(dòng)機(jī)就將被運(yùn)回加利福尼亞，在這里發(fā)動(dòng)機(jī)等被裝配到〃獵鷹9號(hào)〃火

箭第一級(jí)的〃八角網(wǎng)〃（Octaweb）發(fā)動(dòng)機(jī)布置結(jié)構(gòu)中。Octaweb是

SpaceX自己起名的發(fā)動(dòng)機(jī)金屬支撐結(jié)構(gòu)，一圈均布八臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),這種

結(jié)構(gòu)代替了原有的3X3正方形發(fā)動(dòng)機(jī)布置。

完整的一級(jí)火箭將被再次運(yùn)至德克薩斯（Texas）進(jìn)行9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的整

體點(diǎn)火測(cè)試，然后被運(yùn)至相應(yīng)的發(fā)射地點(diǎn)，作為發(fā)射前整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的

一部分進(jìn)行最終測(cè)試。

憑借火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有史以來(lái)最高的推重比155:1,每一個(gè)〃梅林1D〃發(fā)

動(dòng)機(jī)都可以推動(dòng)相當(dāng)于40量普通小轎車(chē)的重量。第一級(jí)的9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)

將整體提供130萬(wàn)磅的海平面推力然后在爬升至大氣層外時(shí)推力將整

體上升至150萬(wàn)磅。9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)每秒將消耗540加侖推進(jìn)劑--這個(gè)速

度足以在一分鐘內(nèi)灌滿(mǎn)一座普通的家用游泳池。

迄今為止，已經(jīng)有80臺(tái)〃梅林1D〃發(fā)動(dòng)機(jī)被發(fā)射升空，這個(gè)記錄超

過(guò)了〃德?tīng)査ɑ鸺习惭b的RS-68/68A發(fā)動(dòng)機(jī)（41次發(fā)射）和〃阿特

拉斯〃改進(jìn)型火箭上安裝的RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)（55次發(fā)射）。第100臺(tái)

〃梅林1D〃發(fā)動(dòng)機(jī)已于2015年初安裝在〃獵鷹9號(hào)〃火箭上并發(fā)射

升空。

運(yùn)載火箭發(fā)射程序

運(yùn)載火箭的發(fā)射按照發(fā)射程序進(jìn)行，發(fā)射程序根據(jù)運(yùn)載火箭和航天器的

技術(shù)要求和各項(xiàng)工作的內(nèi)在聯(lián)系制定,并繪制成圖表或編制成軟件存入

計(jì)算機(jī)，用以指揮發(fā)射準(zhǔn)備和發(fā)射工作。發(fā)射程序的內(nèi)容、時(shí)間的長(zhǎng)

短、工作順序的編排依運(yùn)載火箭、航天器類(lèi)型和情況不同而異。發(fā)射

程序通常從運(yùn)載火箭和航天器進(jìn)入發(fā)射區(qū)開(kāi)始，也可把測(cè)試區(qū)的工作列

入發(fā)射程序。載人航天器發(fā)射程序的主要內(nèi)容包括：發(fā)射設(shè)備準(zhǔn)備、起

豎與安裝、垂直度校準(zhǔn)和定向、溫度調(diào)節(jié)、檢查與測(cè)試、安裝火工品、

加注推進(jìn)劑和充灌壓縮氣體、航天員進(jìn)艙、臨射檢查和發(fā)射。

1）發(fā)射設(shè)備準(zhǔn)備：為運(yùn)載火箭和航天器的接收、安裝、檢測(cè)和發(fā)射設(shè)

備的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和控制做好準(zhǔn)備。準(zhǔn)備工作的內(nèi)容包括各種地面設(shè)備的

校驗(yàn)和檢查，設(shè)備接口準(zhǔn)備，連接電路、氣路、液路、數(shù)據(jù)傳輸、通信、

電視等管線(xiàn)，溝通發(fā)射場(chǎng)電子設(shè)備終端與發(fā)射指揮控制中心之間的各種

線(xiàn)路。

2）起豎與安裝：用勤務(wù)塔或運(yùn)輸起豎設(shè)備把運(yùn)載火箭和航天器逐級(jí)或

整體地安裝到發(fā)射臺(tái)上，然后連通地面與運(yùn)載火箭、航天器之間的電路、

氣路和液路，連接數(shù)據(jù)傳輸、通信、環(huán)境控制、電子設(shè)備終端至航天器

的線(xiàn)路，使運(yùn)載火箭和航天器處于待檢測(cè)狀態(tài)。

3）垂直度校準(zhǔn)和定向：利用電子設(shè)備和發(fā)射臺(tái)上的液壓裝置，將運(yùn)載

火箭和航天器調(diào)至垂直狀態(tài)；利用發(fā)射臺(tái)的回轉(zhuǎn)裝置、瞄準(zhǔn)設(shè)備和運(yùn)載

火箭慣性平臺(tái)進(jìn)行暗準(zhǔn)，使發(fā)射方向與射面重合。

4）溫度調(diào)節(jié)：利用地面和航天器上的恒溫控制設(shè)備，對(duì)運(yùn)載火箭和航

天器的某些設(shè)備、工作艙、電池等環(huán)境溫度和燃料溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使這

些部位的溫度處于規(guī)定的范圍內(nèi)。

5沖僉查與測(cè)試:對(duì)運(yùn)載火箭和航天器各系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和模擬飛行試驗(yàn)。

測(cè)試檢查程序通常借助計(jì)算機(jī)控制執(zhí)行。檢查與測(cè)試

對(duì)運(yùn)載火箭和航天器各系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和模擬飛行試3僉。測(cè)試檢查程序通

常借助計(jì)算機(jī)控制執(zhí)行。

6）安裝火工品：在測(cè)試檢查符合技術(shù)要求后，向運(yùn)載火箭和航天器安

裝火工品?；鸸て钒◤椛溲b置、安全自毀裝置的電爆管和爆炸器、制

動(dòng)火箭、返回火箭等。

7）加注推進(jìn)劑和充灌壓縮氣體：運(yùn)載火箭和航天器的液體推進(jìn)劑加注

量和加注過(guò)程以及充灌壓縮氣體均由計(jì)算機(jī)控制。

8）航天員進(jìn)艙：完成臨飛訓(xùn)練和醫(yī)療檢查的航天員經(jīng)由清潔室進(jìn)入航

天器艙位，并作最后一次檢查。

9）臨射檢查：對(duì)航天器某些系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行最后的測(cè)試檢查，裝

定（輸入）發(fā)射諸元（如一級(jí)關(guān)機(jī)、二級(jí)啟動(dòng)等參數(shù)），檢查定向。

10）發(fā)射：完成發(fā)射程序的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作之后，如果火箭和航天器各系

統(tǒng)工作正常，發(fā)射指揮控制中心的發(fā)射狀態(tài)顯示板上便顯示出〃發(fā)射準(zhǔn)

備好〃字樣，發(fā)射指令下達(dá)后，自動(dòng)發(fā)射控制設(shè)備開(kāi)始向推進(jìn)劑貯箱增

壓，起動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，斷開(kāi)地面和飛行器之間的管線(xiàn)連接，運(yùn)載火箭飛

離發(fā)射裝置，進(jìn)入飛行狀態(tài)。

運(yùn)載火箭陸地發(fā)射場(chǎng)

航天器發(fā)射場(chǎng)是發(fā)射航天器的特定區(qū)域，通常由技術(shù)區(qū)、發(fā)射區(qū)、發(fā)射

指揮控制中心、綜合測(cè)量設(shè)施、各勤務(wù)保障設(shè)施和一些管理服務(wù)部門(mén)組

成。場(chǎng)區(qū)內(nèi)有整套試驗(yàn)設(shè)施和設(shè)備，用以裝配、貯存、檢測(cè)和發(fā)射航天

器，測(cè)量飛行軌道，發(fā)送控制指令，接收和處理遙測(cè)信息。航天器發(fā)射

場(chǎng)通常具有以下特征：

1.通常建在人煙稀少、地勢(shì)平坦、視野開(kāi)闊、氣候和氣象條件適宜的

地方

2.組礪口功能與導(dǎo)彈試驗(yàn)靶場(chǎng)基本相同

3.根據(jù)航天試驗(yàn)的特殊需要特別建造

4.發(fā)射方向的主動(dòng)段航區(qū)上沒(méi)有大城市和重要工程

5.某些航天器發(fā)射場(chǎng)還包括助推火箭或運(yùn)載火箭的第一級(jí)工作完成后

的墜落區(qū)和再入航天器（如航天飛機(jī)的軌道器）或回收艙的著陸區(qū)。

6.可由火箭（導(dǎo)彈）試驗(yàn)場(chǎng)改建或擴(kuò)建成

技術(shù)區(qū)

技術(shù)區(qū)是航天發(fā)射場(chǎng)的重要組成部分，技術(shù)區(qū)配有各種通用和專(zhuān)用設(shè)備,

可對(duì)運(yùn)載火箭和航天器進(jìn)行驗(yàn)收、存放、組裝、測(cè)試和定期檢查。一個(gè)

發(fā)射場(chǎng)可設(shè)一個(gè)或幾個(gè)技術(shù)區(qū)，例如，可分為運(yùn)載工具和航天器兩個(gè)技

術(shù)區(qū)。在確保安全的條件下，技術(shù)區(qū)與發(fā)射區(qū)之間相隔的距離要盡可能

短，以節(jié)省修路和運(yùn)輸費(fèi)用。

發(fā)射區(qū)

發(fā)射區(qū)是對(duì)航天器實(shí)施發(fā)射的場(chǎng)所，配備有一整套為發(fā)射服務(wù)的專(zhuān)用和

通用設(shè)備和建筑。發(fā)射區(qū)接納來(lái)自技術(shù)區(qū)的運(yùn)載工具和航天器，并將它

們起豎到發(fā)射臺(tái)上，進(jìn)行發(fā)射前的最后測(cè)試，然后加注推進(jìn)劑和充填壓

縮氣體，最后完成發(fā)射。一個(gè)發(fā)射場(chǎng)也可設(shè)置多個(gè)發(fā)射區(qū)，發(fā)射區(qū)之間

有一定的間距要求。

發(fā)射區(qū)的發(fā)射設(shè)施根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為地面、半地下和高臺(tái)式三種。地面

發(fā)射區(qū)的發(fā)射臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)噴焰導(dǎo)流槽等主要設(shè)備布置在地面，用于發(fā)射

中、小型運(yùn)載火箭。半地下和高臺(tái)式發(fā)射設(shè)施則用于大型和超大型運(yùn)載

工具的發(fā)射。發(fā)射裝置包括發(fā)射塔、勤務(wù)塔和臍帶塔。

發(fā)射指揮控制中心

對(duì)航天器發(fā)射試驗(yàn)實(shí)施指揮、監(jiān)控和管理的機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)發(fā)射控制中心,

由發(fā)射控制室、指揮控制室、安全控制室、計(jì)算中心和設(shè)備保障室組成。

綜合測(cè)量設(shè)施

綜合測(cè)量設(shè)施是監(jiān)測(cè)運(yùn)載火箭和航天器各系統(tǒng)工作狀況的多功能綜合

設(shè)施，它包括：計(jì)算中心、航區(qū)測(cè)控站和測(cè)量船。測(cè)控站、測(cè)量船和在

軌的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星布設(shè)在運(yùn)載火箭和航天器飛行航區(qū)的沿線(xiàn)，裝備有測(cè)

量設(shè)備、時(shí)間統(tǒng)一勤務(wù)設(shè)備、通信和電視設(shè)備、信息處理設(shè)備和遙控設(shè)

備以及相應(yīng)的輔助設(shè)備。測(cè)量設(shè)備有無(wú)線(xiàn)電遙測(cè)接收設(shè)備、無(wú)線(xiàn)電彈道

測(cè)量設(shè)備、光學(xué)（激光、紅外）測(cè)量設(shè)備等。測(cè)量站對(duì)獲得的運(yùn)載火箭

和航天器彈道參數(shù)、遙測(cè)信息、電視圖像進(jìn)行處理、顯示和記錄，同時(shí)

傳送給計(jì)算機(jī)中心和發(fā)射指揮控制中心處理、顯示、判斷，然后發(fā)送到

航天控制中心。

勤務(wù)保障設(shè)施和管理服務(wù)部門(mén)

勤務(wù)保障設(shè)施和管理服務(wù)部門(mén)包括各種推進(jìn)劑、彳氐溫液體和潤(rùn)滑材料貯

存庫(kù)，生產(chǎn)液氧、液氮和液氫的工廠(chǎng)，通信設(shè)施，氣象保障設(shè)施，供電、

供水設(shè)施，大地測(cè)量部門(mén)，行政管理部門(mén)，后勤保障部門(mén)等。這些勤務(wù)

保障、管理服務(wù)設(shè)施和居住區(qū)通常建在離發(fā)射區(qū)較遠(yuǎn)的地方。

肯尼迪航天中心

肯尼迪航天中心位于美國(guó)東部佛羅里達(dá)州東海岸的梅里特島，建于

1962年7月，是美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)進(jìn)行載人與不載人航

天器測(cè)試、準(zhǔn)備和實(shí)施發(fā)射的最重要場(chǎng)所，其名稱(chēng)是為了紀(jì)念已故美國(guó)

總統(tǒng)約翰?肯尼迪(JohnF.Kennedy)o整個(gè)場(chǎng)地長(zhǎng)55千米，寬10

千米，面積567平方公里，約1.7萬(wàn)人在那里工作。場(chǎng)地上還有一個(gè)參

觀者中心，參觀者也可以隨導(dǎo)游參觀。肯尼迪航天中心是佛羅里達(dá)州的

一個(gè)重要的旅游點(diǎn)。同時(shí)由于肯尼迪航天中心大部分地區(qū)不開(kāi)放，它也

是一個(gè)美國(guó)國(guó)家野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)

西部航天和導(dǎo)彈試驗(yàn)中心

位于美國(guó)西部洛杉磯北面的西海岸，建于1964年5月，是美國(guó)最重要

的軍用航天發(fā)射基地，占地近400平方公里，主要用于戰(zhàn)略導(dǎo)彈、武器

系統(tǒng)試驗(yàn)和各種軍用衛(wèi)星、極軌衛(wèi)星的發(fā)射。它有跨越太平洋直達(dá)夸賈

林島區(qū)的8000公里航線(xiàn)以及十分完善的落點(diǎn)定位系統(tǒng)。從地理位置上

考慮，向西發(fā)射，發(fā)射方位為140°?121。，軌道傾角為56°~104。，

向正南還可以進(jìn)行極軌道發(fā)射，正好彌補(bǔ)了肯尼迪航天中心只能向東發(fā)

射的不足。

拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng)

位于哈薩克境內(nèi)的丘拉塔姆地區(qū)，是前蘇聯(lián)最大的航天器和導(dǎo)彈發(fā)射試

驗(yàn)基地。發(fā)射場(chǎng)東西長(zhǎng)約80千米，南北約30千米，中心坐標(biāo)是東經(jīng)

63。20,，北緯46。。向東北方向發(fā)射時(shí),可把航天器送入傾角為52。~

65。的軌道。發(fā)射場(chǎng)由發(fā)射區(qū)、保障區(qū)和測(cè)控站等組成。發(fā)射區(qū)包括中

心發(fā)射區(qū)、東發(fā)射區(qū)和西發(fā)射區(qū)。中心發(fā)射區(qū)的主要設(shè)施有總裝測(cè)試廠(chǎng)

房、控制測(cè)試大樓、大型地面發(fā)射臺(tái)、地下發(fā)射井、推進(jìn)劑貯存庫(kù)、液

氧工廠(chǎng)和其他輔助設(shè)施以及行政管理、訓(xùn)練和住宅等建筑。東、西發(fā)射

區(qū)建有大型運(yùn)載火箭和航天器的試驗(yàn)發(fā)射設(shè)施、控制設(shè)施和輔助設(shè)施。

保障區(qū)在發(fā)射區(qū)以南的列寧斯克-丘拉塔姆，是發(fā)射場(chǎng)后勤保障樞紐和

人員住地，有機(jī)場(chǎng)、鐵路專(zhuān)線(xiàn)，并有航天員飛行前駐留和體檢的設(shè)施。

為跟蹤觀測(cè)航天器和導(dǎo)彈飛行情況，在沿西伯利亞直到太平洋的一萬(wàn)多

千米的航線(xiàn)上設(shè)有許多測(cè)控站。自1967年以后，從拜科努爾發(fā)射場(chǎng)發(fā)

射過(guò)聯(lián)盟號(hào)飛船、宇宙號(hào)衛(wèi)星和禮炮號(hào)航天站。

酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心

酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心（簡(jiǎn)稱(chēng)JSLC）是我國(guó)科學(xué)衛(wèi)星、技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星和運(yùn)

載火箭的發(fā)射試驗(yàn)基地之一，也是我國(guó)創(chuàng)建最早、規(guī)模最大的綜合型導(dǎo)

彈、衛(wèi)星發(fā)射中心和載人航天發(fā)射場(chǎng)。在載人航天飛行任務(wù)中，酒泉衛(wèi)

星發(fā)射中心主要承擔(dān)發(fā)射場(chǎng)區(qū)的組織指揮工作并實(shí)施火箭的測(cè)試、加注、

發(fā)射，逃逸塔測(cè)試，整流罩測(cè)試，人船箭地缺合檢查，船箭塔對(duì)接和整

體轉(zhuǎn)運(yùn)，提供發(fā)射場(chǎng)區(qū)的氣象、計(jì)量和技術(shù)勤務(wù)保障，并在緊急情況下

組織實(shí)施待發(fā)段航天員撤離及逃逸救生。

太原衛(wèi)星發(fā)射中心

太原衛(wèi)星發(fā)射中心（簡(jiǎn)稱(chēng)TSLC股于山西省忻州市君嵐縣的高原地區(qū)，

擁有火箭和衛(wèi)星測(cè)試廠(chǎng)房、設(shè)備處理間、發(fā)射操作設(shè)施、飛行跟蹤及安

全控制設(shè)施。該發(fā)射中心始建于1967年，是中國(guó)試驗(yàn)衛(wèi)星、應(yīng)用衛(wèi)星

和運(yùn)載火箭發(fā)射試驗(yàn)基地之一。太原衛(wèi)星發(fā)射中心具備了多射向、多軌

道、遠(yuǎn)射程和高精度測(cè)量的能力，擔(dān)負(fù)太陽(yáng)同步軌道氣象、資源、通信

等多種型號(hào)的中、低軌道衛(wèi)星和運(yùn)載火箭的發(fā)射任務(wù)。

太原衛(wèi)星發(fā)射中心目前是具有多功能、多發(fā)射方式，集指揮控制、測(cè)控

通信、綜合保障系統(tǒng)于一體的現(xiàn)代化發(fā)射場(chǎng)。太原衛(wèi)星發(fā)射中心主要承

擔(dān)太陽(yáng)同步軌道和極地軌道航天器發(fā)射任務(wù)，自一九六七年組建以來(lái)，

已取得七百余項(xiàng)科技成果。航天發(fā)射綜合能力不斷提升，從最初每年執(zhí)

行一次發(fā)射任務(wù)到目前每年執(zhí)行十次以上高密度火箭衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。該

中心成功發(fā)射中國(guó)第一顆太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星〃風(fēng)云一號(hào)〃、第一顆

中巴資源一號(hào)衛(wèi)星、第一顆海洋資源勘察衛(wèi)星等，創(chuàng)造出中國(guó)衛(wèi)星發(fā)射

史上的九個(gè)第一。

伴隨中國(guó)航天發(fā)射技術(shù)越來(lái)越多地走向國(guó)際市場(chǎng)，太原衛(wèi)星發(fā)射中心也

承攬發(fā)射多顆國(guó)外商業(yè)衛(wèi)星：上世紀(jì)九十年代，連續(xù)六次以一箭雙星方

式成功將美國(guó)摩托羅拉公司十二顆鉞星送入太空預(yù)定軌道，此后還成功

發(fā)射巴西、歐盟等國(guó)家和地區(qū)的四顆商業(yè)衛(wèi)星,在國(guó)際上享有高科技領(lǐng)

域〃南南合作典范〃的美譽(yù)。

西昌衛(wèi)星發(fā)射中心

西昌衛(wèi)星發(fā)射中心始建于1970年，位于四川省涼山彝族自治州境內(nèi)，

中心總部設(shè)在四J11省西昌市，它是以主要承擔(dān)地球同步軌道衛(wèi)星的發(fā)射

任務(wù)的航天發(fā)射基地，擔(dān)負(fù)通信、廣播、導(dǎo)航、氣象衛(wèi)星等試驗(yàn)發(fā)射和

應(yīng)用發(fā)射任務(wù)的發(fā)射中心。

西昌衛(wèi)星發(fā)射中心于1983年建成，1984年以來(lái)發(fā)射過(guò)中國(guó)第一顆試

驗(yàn)通信衛(wèi)星、實(shí)用通信廣播衛(wèi)星及實(shí)用通信衛(wèi)星。1986年，西昌衛(wèi)星

發(fā)射場(chǎng)正式對(duì)外開(kāi)放。1990年將美國(guó)制造的〃亞洲1號(hào)〃通信衛(wèi)星送

入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。截至2003年底,已先后成功組織了34次國(guó)內(nèi)

外衛(wèi)星發(fā)射。2004年4月，〃試驗(yàn)衛(wèi)星一號(hào)〃和絲內(nèi)星一號(hào)〃在西昌

衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空，是這個(gè)中心首次發(fā)射太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星，標(biāo)志

著這個(gè)中心的航天發(fā)射能力有了進(jìn)一步提高，可以進(jìn)行多射向、多軌道

衛(wèi)星的發(fā)射。截至2004年4月，中心擁有兩個(gè)自成系統(tǒng)的發(fā)射工位,

可以發(fā)射不同類(lèi)型的長(zhǎng)征運(yùn)載火箭，既能將大噸位的衛(wèi)星送入同步轉(zhuǎn)移

軌道，也能將小衛(wèi)星送入太陽(yáng)同步軌道。

文昌衛(wèi)星發(fā)射中心

文昌衛(wèi)星發(fā)射中心（簡(jiǎn)稱(chēng)WSLC）:位于中國(guó)海南省文昌市龍樓鎮(zhèn)境內(nèi),

是中國(guó)首個(gè)濱海發(fā)射基地，也是世界上為數(shù)不多的低緯度發(fā)射場(chǎng)之一。

目前該發(fā)射中心已經(jīng)對(duì)外開(kāi)放。

該發(fā)射中心可以發(fā)射長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭與長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭，主要承擔(dān)

地球同步軌道衛(wèi)星、大質(zhì)量極軌衛(wèi)星、大噸位空間站和深空探測(cè)衛(wèi)星等

航天器的發(fā)射任務(wù)。

作為低緯度濱海發(fā)射基地，文昌航天發(fā)射場(chǎng)不僅可用于滿(mǎn)足中國(guó)航天發(fā)

展的新需要,還能借助接近赤道的較大線(xiàn)速度，以及慣性帶來(lái)的離心現(xiàn)

象，使火箭燃料消耗大大減少（同型號(hào)火箭運(yùn)載能力可增加10%）,

亦可通過(guò)海運(yùn)解決巨型火箭運(yùn)輸難題并提升殘骸墜落的安全性。

文昌衛(wèi)星發(fā)射中心在酒泉、太原、西昌等現(xiàn)有航天發(fā)射場(chǎng)的基礎(chǔ)上，融

合了當(dāng)今世界航天領(lǐng)域最先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和最新技術(shù)，包括信息化、智

能化、環(huán)保訴求等創(chuàng)新元素都貫穿融入發(fā)射場(chǎng)設(shè)計(jì)、建設(shè)的全過(guò)程，以

最終建成一個(gè)綜合發(fā)射能力強(qiáng)，安全性、可靠性和信息化程度高，生態(tài)

環(huán)保、世界一流的現(xiàn)代化新型航天發(fā)射場(chǎng)。

航天發(fā)射場(chǎng)建成使用后，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心將承擔(dān)返回式衛(wèi)星、載人航

天工程等發(fā)射任務(wù)，太原衛(wèi)星發(fā)射中心主要承擔(dān)太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星發(fā)射

任務(wù)，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心將主要承擔(dān)應(yīng)急發(fā)射任務(wù)，四大發(fā)射中心將形

成互補(bǔ)關(guān)系。

種子島航天中心

位于日本本土最南部種子島南端，建成于1974年，主要用于發(fā)射試驗(yàn)

衛(wèi)星和應(yīng)用衛(wèi)星。種子島，日本九州地區(qū)鹿兒島縣南部海面上漂浮的一

個(gè)遠(yuǎn)離陸地的小島，面積445平方公里。這里是當(dāng)年鐵炮傳入日本E寸的

登陸地，也是日本最早開(kāi)始制造火繩槍的地方。不過(guò)，對(duì)外國(guó)人來(lái)說(shuō),

了解種子島是因?yàn)檫@里有日本最大的航天設(shè)施——種子島宇宙中心。

2007年9月14日，日本’月亮女神〃繞月衛(wèi)星從這里啟程探月。

斯里哈里科塔發(fā)射場(chǎng)

斯里哈里科塔發(fā)射場(chǎng)位于印度南部東海岸的斯里哈里科塔島，這里氣候

受西南季風(fēng)和東北季風(fēng)影響，10、11月份是大雨季節(jié)，但一年內(nèi)多數(shù)

月份陽(yáng)光充足，天氣晴朗，可以進(jìn)行室外靜態(tài)試車(chē)和發(fā)射試驗(yàn)。該發(fā)射

場(chǎng)于1977年正式使用，是印度的導(dǎo)彈試驗(yàn)和衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)。1971年10

月9日和10日斯里哈里科塔發(fā)射場(chǎng)開(kāi)始正式投入使用，發(fā)射了三枚羅

希尼探空火箭。1979年8月10日首次發(fā)射了SLV火箭，但由于二子

級(jí)制導(dǎo)系統(tǒng)出現(xiàn)故障,未能把40公斤重的衛(wèi)星送入近地軌道。1980

年7月18日用SLV火箭第二次發(fā)射印度自己的衛(wèi)星獲得成功，把衛(wèi)星

送入300/900公里的軌道。1981年5月31日第三次發(fā)射獲得部分成

功。

運(yùn)載火箭海上發(fā)射平臺(tái)

海上發(fā)射是國(guó)際航天界醞釀多年的一種新的火箭發(fā)射方式，已經(jīng)成為現(xiàn)

實(shí)。美國(guó)在夏威夷東南約2300千米的赤道洋面進(jìn)行了首次演示性發(fā)射。

海上發(fā)射技術(shù)可以彌補(bǔ)國(guó)家或省份缺少發(fā)射中心或地理以及環(huán)境影響

所帶來(lái)的不足廉價(jià)而適用的海上發(fā)射服務(wù)不僅是海軍的需要，也是國(guó)家

乃至世界的需求，俄羅斯、美國(guó)、挪威、烏克蘭、日本等國(guó)正在加緊研

發(fā)。我國(guó)的長(zhǎng)征11號(hào)固體運(yùn)載火箭也正在準(zhǔn)備進(jìn)行我國(guó)第一次運(yùn)載火

箭海上發(fā)射試驗(yàn)。

美國(guó)海上發(fā)射系統(tǒng)包括：

發(fā)射平臺(tái)

長(zhǎng)132米，寬67米，原為北海油田的一座石油鉆井平臺(tái)，遭火災(zāi)破壞，

經(jīng)挪威夸納海事公司負(fù)責(zé)修復(fù)并改建成發(fā)射平臺(tái)，定名為〃海洋奧德賽〃，

重達(dá)3.1萬(wàn)噸。平臺(tái)配有兩套動(dòng)力裝置使它具有自主航行的能力，航速

可達(dá)12節(jié)左右。海上發(fā)射場(chǎng)平臺(tái)上新建的空調(diào)廠(chǎng)房可容納多枚火箭，

并可為20名工作人員提供全套生活保障設(shè)施。平臺(tái)為半潛式，下方有

兩排浮筒，當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)射之前，浮筒會(huì)灌入大量海水，從而下潛到發(fā)射壓

載深度，排水量也會(huì)提高到4.6萬(wàn)噸，通過(guò)這種方式增加發(fā)射時(shí)的穩(wěn)定

性。

總裝指揮船(ACS)

長(zhǎng)201米，排水量為3.4萬(wàn)噸，可容納240名船員。甲板下有一長(zhǎng)度

67米的巨大車(chē)間用于存放和組裝工作，能并排存放3枚完成總裝的火

箭，而且每枚火箭周?chē)加凶銐虻墓ぷ骺臻g.由挪威夸納海事公司提供,

用以進(jìn)行火箭的總裝，并實(shí)施發(fā)射指揮。

基地港

設(shè)在美國(guó)加利福尼亞州長(zhǎng)灘，由美國(guó)波音公司負(fù)責(zé)管理。

運(yùn)載火箭空中發(fā)射平臺(tái)

空中發(fā)射是利用飛機(jī)將運(yùn)載火箭空運(yùn)到某一指定發(fā)射空域，在較高的高

度和速度的情況下與運(yùn)載火箭分離，運(yùn)載火箭自由飛行幾秒后，第一級(jí)

發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，最終將有效載荷送入指定軌道。隨著質(zhì)量噴射預(yù)壓冷卻技

術(shù)的應(yīng)用，飛機(jī)的脈沖推力得到明顯增強(qiáng)，使得運(yùn)載火箭可以獲得更高

的飛行速度，為空中發(fā)射提供了可能。

載機(jī)

作為第一級(jí)運(yùn)載器，載機(jī)的性能指標(biāo)直接影響到上面級(jí)的運(yùn)載能力。首

先是載機(jī)的最大起飛質(zhì)量，這關(guān)系到載機(jī)能裝載運(yùn)載火箭與有效載荷的

質(zhì)量。同時(shí)還要考慮載機(jī)裝載耗油的多少，越多則飛行半徑越大，可以

選擇的發(fā)射點(diǎn)就越多。在預(yù)先設(shè)計(jì)時(shí)，要予以綜合考慮。其次是載機(jī)的

最大飛行速度和最大使用升限。在上面級(jí)火箭與載機(jī)分離時(shí)，載機(jī)的飛

行速度和高度越高，其帶來(lái)的速度增量也越高，對(duì)火箭運(yùn)載能力的提高

是很顯著的。

運(yùn)載火箭

由于空中運(yùn)輸空間和載重的限制，需要選擇合適的火箭尺寸和質(zhì)量。為

了保證運(yùn)輸和發(fā)射過(guò)程的安全性，需要對(duì)現(xiàn)有地面的低溫加注以及液壓

系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，通常運(yùn)載火箭會(huì)采用固體推進(jìn)劑。

根據(jù)運(yùn)載火箭在運(yùn)輸途中以及發(fā)射時(shí)與載機(jī)的相對(duì)位置，可行的組合方

式可分為3種：

1）背馱式，火箭固定在載機(jī)主機(jī)體正上方，尾部朝向載機(jī)尾翼；

2）肚裝式，火箭裝載于載機(jī)機(jī)艙內(nèi)，尾部朝向艙門(mén)；

3）下掛式，火箭懸掛于機(jī)腹或機(jī)翼下方，尾部朝向載機(jī)尾部。

應(yīng)選擇適用于載機(jī)和運(yùn)載火箭的組合方式，同時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

運(yùn)載火箭姿態(tài)穩(wěn)定技術(shù)

在地面發(fā)射時(shí)，運(yùn)載火箭在點(diǎn)火前處于穩(wěn)定的姿態(tài)。但是對(duì)于空中發(fā)射,

運(yùn)載火箭在與載機(jī)分離后點(diǎn)火前的一段時(shí)間內(nèi)，姿態(tài)處于不受控制的狀

態(tài)。采用何種方法保持運(yùn)載火箭的姿態(tài)穩(wěn)定，以使火箭保持準(zhǔn)確的射向

和合適的姿態(tài)點(diǎn)火，是非常重要的。

運(yùn)載火箭制導(dǎo)技術(shù)

對(duì)空中發(fā)射任務(wù)來(lái)說(shuō)，能夠給出衛(wèi)星目標(biāo)軌道，但不能確定載機(jī)對(duì)運(yùn)載

火箭實(shí)施發(fā)射的地點(diǎn)、時(shí)間、狀態(tài)，因