书城科普读物突破卡门线——运载火箭
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第5章 火箭能射多远

从中国到西方

火药是我国古代的四大发明之一,火箭是在火药之后发明的。火箭技术推动了人类航天历史的发展。

18世纪,印度军队在抗击英、法军队的多次战争中,曾大量使用火箭并取得良好的效果,由此也推动了欧洲火箭技术的发展。英国人康格里夫对印度火箭做了改进。他确定了黑火药的多种配方,改善了制造方法并使火箭系列化,射程达3千米。这些初期火箭制造的原理成为近代火箭技术的基础。

19世纪末20世纪初,随着科学技术的进步,近代火箭技术和航天飞行慢慢发展起来。

从古代到现在一枚火箭能射多远?

从古代到现在,火箭射程一次次创造世界纪录,越射越远。

20世纪50年代以来,火箭技术得到了迅速发展和广泛应用,其中以各类可控火箭武器(导弹)和空间运载火箭发展最为迅速。从火箭弹到反坦克导弹、防空导弹、反舰导弹以及攻击地面目标的各类战术导弹和战略导弹,都已发展到相当完善的程度,成为现代军队不可缺少的武器装备。各类火箭武器正在继续向提高命中精度、增强抗干扰能力、突防能力和生存能力的方向发展。反弹道导弹、反卫星导弹等火箭武器也正在研制和发展之中。在地地弹道导弹基础上发展起来的运载火箭,已广泛用于发射卫星、宇宙飞船、空间探测器和其他航天器等。

20世纪80年代初,苏、美两国已经分别研制出多个系列的运载火箭。其中,美国载人登月的“土星-5”号运载火箭,直径为10米,高111米,起飞质量约3000吨,近地轨道运载能力为127吨。苏联的“能源”号运载火箭起飞质量约2000吨,近地轨道运载能力约为100吨。我国的“长征-2E”号运载火箭,采用了捆绑技术,提高了火箭的运载能力,并为进一步增强火箭运载能力奠定了基础。

运载火箭正向着高可靠性、低成本、多用途和重复使用的方向发展。可多次往返于太空和地球之间的航天飞机的问世就是这一发展趋势的体现。火箭技术的飞速发展,不仅可提供技术更加完善的各类导弹和推动相关科学的发展,还将使开发空间资源、建立空间产业、空间基地及星际航行等成为可能。

从武器到运载工具

真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的德国。早在1932年,德国就发射A-2火箭,飞行高度达3千米。1942年10月,德国成功发射V-2火箭,其飞行高度85千米,飞行距离190千米。V-2火箭成为希特勒的秘密武器。V-2火箭的成功发射,把航天先驱者的理论变成现实,是现代火箭技术发展史的重要一页。

运载火箭技术是第二次世界大战后在洲际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就是苏联用洲际导弹改装的“卫星”号运载火箭。

1945年5月,第二次世界大战后,德国战败,苏联俘虏了部分德国火箭技术人员,缴获了V-2火箭和有关技术资料。1947年,苏联仿制V-2火箭成功。1957年 10月4日,苏联发射世界上第一颗人造地球卫星——“人造地球卫星-1”号,从而揭开了现代火箭技术新的一页。

第二次世界大战后,美国俘虏了以冯·布劳恩为首的德国火箭专家,缴获了100余枚V-2火箭。美国陆军在布劳恩的帮助下,于1945年发射了V-2火箭。1958年2月1日,“丘比特-C”火箭成功发射了美国第一颗人造卫星。

运载火箭有的是专门为发射航天器而研制的,有的是由洲际导弹改装而来的。如俄罗斯的“第聂伯”号运载火箭,是由威力强大的R-36M洲际导弹改装而来。R-36M可以安装常规弹头,也可以携带核弹头打到任何一个地方。

1990年后,深藏于地下井的R-36M洲际导弹被封存,后来弹头也被销毁。2000年后,俄罗斯将退役的R-36M洲际导弹改为航天器的运载工具——“第聂伯”号运载火箭。“第聂伯”号运载火箭表现不错,受到一致称赞。这也算是导弹“改恶从善”,重新做“人”了。

从现在到未来

卫星、宇宙飞船、空间探测器、航天飞机和空间站等需利用火箭动力发射升空。发射导弹也需要火箭动力的帮忙,才能击中目标和出入大气层。随着科学技术的发展,人类已经能发射适合各种轨道的航天器。

运载火箭的技术指标主要有:起飞质量、运载能力、入轨精度、适应能力、可靠性和成功率等。

1. 起飞质量是指运载火箭自身的总质量,包括燃料和有效载荷。起飞质量越大,越能将更重的航天器送往太空,甚至更远的空间。

2. 运载能力是指运载火箭将有效载荷送入预定轨道的能力。运载能力随着预定轨道的高度和倾角的增大而减小,因此,运载能力通常用轨道高度、倾角和有效载荷的最大质量表示。

3. 入轨精度是指运载火箭将航天器送入轨道的精度。

4. 适应能力包括选型组合、入射轨道等,也指运载火箭运载不同质量、直径和体积的有效载荷的适应范围。由于航天器的大小、宽度、高度、形状、重量各不相同,运载火箭的型号,以及直径和高度直接影响整流罩的大小和高度。

5. 可靠性是地面试验和发射飞行反复验证出来的,也是一项火箭设计指标,用百分比表示。

6. 成功率是指运载火箭每发射100次或1000次的成功率。火箭发射的成功率越高,证明可靠性越强。

目前,运载火箭仍是唯一航天运载工具,但以化学火箭为代表的运载火箭已经达到速度极限。人们不断惊呼火箭的发展速度,但也担心运载火箭的命运。在航天领域,全世界有100多个国家和机构在研发新的运载工具,十多种替代运载火箭的空天飞机和新型运载工具将闪亮登场。

各种核动力、等离子、超导体、激光、光压、反物质等新概念将不断推进运载技术,未来有可能成为航天的主力。

运载火箭只能成为杀人的武器吗?运载火箭还能射多远呢?