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第6章 遨游太空——各国运载火箭巡礼(1)

人类成功发射卫星的第一枚运载火箭是苏联用洲际导弹改装的卫星号运载火箭。现在主要的运载火箭有“长征号”、“大力神号”、“德尔塔号”、“土星号”、“宇宙神号”、“阿丽亚娜号”等,下面就让我们一起来了解一下这些运载火箭吧!

第一节中国“长征”系列火箭

1.“长征1号”运载火箭

“长征1号”运载火箭是为了发射我国第一颗人造地球卫星研制出来的三级运载火箭,主要用于发射近地轨道小型有效载荷。火箭全长29.86米,最大直径为2.25米,起飞重量是81.6吨,起飞推力为112吨,能把300千克重的卫星送入440千米高的近地轨道。1970年4月24日,长征1号运载火箭成功地将“东方红1号”卫星送入预定轨道,为长征系列火箭的发展奠定了基础。

2.“长征1号D”火箭

“长征1号D”运载火箭是以“长征1号”火箭为基础,进行改进的。主要的改进有:提高一子级发动机推力;提高二、三子级性能;采用“平台-计算机”全惯性实时跟踪制导。经过改进,“长征1号D”火箭可以发射各种低轨道卫星,现在已经投入商业发射。

3.“长征2号”运载火箭

“长征2号”(代号CZ-2)运载火箭是中国航天运载器的基础型号,是在“长征1号”的技术基础上发展起来的。它是以远程火箭为原型研制而成的。长征2号火箭在1972年首次发射时,因箭上一根导线断裂导致发射失败。这是一种两级火箭,全长31.65米,最大直径3.35米,起飞重量191吨,总推力280吨,能把1.8吨的卫星送入数百千米的椭圆轨道。经过改进的“长征2号丙”火箭,采用大推力的液体火箭发动机,箭长增加到35米,近地轨道的运载能力增加到2.5吨。1975年11月26日,用它发射返回式卫星首次获得成功,一直到1993年底共发射14次,均圆满完成任务。“长征2号”还有一个改进型号-“长征2号丁”火箭,也是一种两级液体火箭,全长38.3米,起飞重量232吨。1992年4月9日,利用它首次发射返回式卫星也获得成功。

“长征2号”火箭采用了箭测方案,即利用火箭上的计算机加上若干地面设备对火箭控制系统进行测试。微电子研究所的科研人员为实现这一方案作出了巨大的努力。对火箭上的计算机进行了详细的修改,经过各方面的共同努力,最终获得了成功,这是火箭测试技术的一大进步。

4.“长征2号D”火箭

“长征2号D”火箭,全长38.3米,起飞重量232吨。是一种两级液体火箭。主要是通过在“长征2号”火箭的基础上采取增加推进剂量和增大起飞推力的方法,使运载能力进一步提高。

5.“长征2号E”火箭

“长征2号E”捆绑火箭,是以加长型“长征2号C”为芯级,并在第一级周围绑有4个液体助推器,从而组成的低轨道两级液体推进剂火箭。它总长49.68米,直径3.35米,芯级最大直径4.2米。

每个液体助推器长为15.4米,直径2.25米,总起飞重量461吨。这款火箭起飞推力为600吨,能把8.8~9.2吨的有效载荷送入近地轨道,经适当修改后,还可以用来发射小型载人飞船。

6.“长征2号F”火箭

“长征2号F”火箭是在“长征2号E”火箭的基础上研制而成,目的就是按照发射载人飞船的要求来提高可靠性、安全性。

CZ-2F是我国第一种为载人航天特别研制的高可靠性、高安全性的运载火箭,是载人航天工程的重要组成部分之一。它在CZ-2E的基础上增加了两个新系统,即逃逸系统和故障检测处理系统。火箭全长约58.34米,起飞质量479.8吨,芯级直径3.35米,助推器直径2.25米,整流罩最大直径3.8米。火箭的芯级和助推器发动机都是使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂,可把8吨重的有效载荷送入近地点高度200千米、远地点高度350千米、倾角42.4°~42.7°的轨道。

这一款火箭由4个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成,是目前我国所有运载火箭中起飞质量最大、长度最长的火箭。它包括箭体结构、控制系统、动力装置、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统、推进剂利用系统、附加系统、地面设备等10个分系统。其中,故障检测处理系统和逃逸系统是为确保航天员的安全而增加的,其作用是在飞船入轨前,有效监测运载火箭状态,若发现重大故障,能使载有航天员的飞船安全脱离危险区。

另外,为兼顾卫星的发射,保留了有效载荷调姿定向系统的接口和安装位置。“长征2号F”运载火箭先后成功发射了“神舟1号”至“神舟7号”飞船,为我国成功实现载人航天飞行作出了重大的历史性贡献。

7.“长征3号”运载火箭

“长征3号”运载火箭是在“长征2号”火箭的基础上研制成功的,二者的本质区别是“长征3号”增加了一个第三级。火箭全长44.86米,一、二级直径3.35米,使用偏二甲肼和四氧化二氮作为推进剂。三级直径2.25米,使用更高效能的液氢和液氧为推进剂。卫星整流罩最大直径3.0米,起飞质量20.488吨,同步转移轨道运载能力为1.6吨。“长征3号”火箭的成功发射,标志着中国运载火箭技术跨入世界先进行列,是中国火箭发展上的一个重要里程碑。它首次采用了液氢、液氧作火箭推进剂,首次实现火箭的多次启动,首次将有效载荷送入地球同步转移轨道。

1984年4月,“长征3号”运载火箭首次成功地将“东方红2号”试验通信卫星送入预定的地球同步转移轨道。1990年4月,“长征3号”首次执行外星发射服务合同,成功发射了“亚洲1号”卫星。此后,“长征3号”运载火箭成功地发射了包括“亚太1号”卫星、“亚太1号甲”卫星、“风云2号”卫星等在内的多颗国内外卫星。

8.“长征3号A”火箭

“长征3号A”火箭是三级火箭,它继承了“长征3号”火箭的技术成熟的优点,采用的是新设计的液氢液氧三子级装备体系。火箭全长52.52米,最大直径3.35米,起飞质量240吨,地球同步转移轨道的运载能力为2.6吨。主要用来发射地球同步转移轨道的有效载荷,也可以发射低轨道、极轨道或逃逸轨道的有效载荷。自1994年2月8日首次发射成功以来,发射成功率为100%,被中国航天科技集团公司授予“金牌火箭”称号。

9.“长征3号B”火箭

“长征3号B”火箭是在“长征3号A”和“长征2号E”火箭的基础上研制的大型三级液体捆绑式火箭,芯级基本上就是“长征3号A”中使用的芯级,而助推器及其捆绑结构则与“长征2号E”相同。“长征3号B”火箭的主要任务是发射地球同步转移轨道的重型卫星,也可进行轻型卫星的一箭多星发射或者发射卫星进入其他轨道。火箭长54.84米,最大直径8.45米,地球同步转移轨道的运载能力为5.0吨。

10.“长征3号C”火箭

“长征3号C”火箭是在“长征3号B”的基础上,减少了两个助推器,并取消了助推器上的尾翼。其主要任务是发射地球同步转移轨道的有效载荷,也可以进行一箭多星发射或发射其他轨道的卫星。火箭长54.84米,最大直径为8.45米,地球同步转移轨道的运载能力为3.7吨。

11.“长征4号”运载火箭

“长征4号”系列运载火箭包括“风暴1号”、“长征4号”、“长征4号A”、“长征4号B”等。其中,“风暴1号”为两级液体火箭,主要用于发射低轨道卫星,并完成一箭三星的发射任务。火箭长32.57米,最大直径3.35米。“长征4号”是以“风暴1号”为基础研制的三级常规运载火箭,作为发射地球同步转移轨道卫星运载火箭的另一方案,后来被改型为“长征4号A”,用于发射太阳同步轨道卫星。火箭长41.9米,最大直径3.35米。“长征4号B”火箭是在“长征4号A”火箭的基础上研制而成的一种运载能力更大的运载火箭,主要用于发射太阳同步轨道的对地观察应用卫星。火箭长为45.58米,最大直径为3.35米。

12.“长征5号”火箭

“长征5号”运载火箭系列,以120吨和50吨的两种发动机为基础,构成直径分别为5米、3.35米和2.25米的3种模块,形成“通用化、系列化、组合化”的新一代运载火箭系列。

“长征5号”运载火箭之所以能够突破3.35米直径的限制,一个关键条件便是等待多年的海南文昌航天发射基地的建成。在这之前,我国酒泉、西昌、太原3个发射基地均受到铁路运输条件的限制,火箭直径不超过3.35米。如果将发射基地建在沿海,火箭就可以使用不受体积限制的海运;纬度较低的海南则可增强火箭的有效发射能力;广袤的南海还可成为火箭残骸安全的坠落区(长征5系列为无毒无污染设计)。

一旦“长征5号”重型运载火箭和海南文昌航天发射基地问世,中国航天的近地轨道运载能力将达到25吨,地球同步轨道运载能力将达到12吨。另外,还可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星,推动我国空间应用产业、载人航天技术以及天文科学的发展,也必将大大提高我国在国际航天发射市场上的竞争力。

第二节美国运载火箭

1.“大力神”系列火箭

“大力神”系列运载火箭,是在“大力神Ⅱ”型洲际导弹基础上发展起来的,先后有“大力神Ⅱ”改型,大力神3-A、3-B、3-C、3-D、3-M、3-E等几种型号。

“大力神Ⅱ”改型用来发射“双子星座”载人飞船;“大力神3”系列火箭主要用来发射美空军的大型军用卫星,如侦察卫星、预警卫星、通信卫星、核爆炸探测卫星等,可以一次发射多颗不同轨道的卫星。

它发射的航天器达美国航天器总数的1/10左右。

马丁公司生产的“大力神3”不能直接将卫星送入静止轨道,而只能把卫星推到静止转移轨道,之后点燃卫星上面的远地点发动机或上面级火箭将它推到静止轨道。“大力神3”加上卫星自带的“巴姆DI”上面级,可把1270千克的卫星推到转移轨道;如果用“巴姆OH”,则增加到1930千克;采用“63-E”时,增加到2270千克;用“E斯科兹”,就多达2590千克;用过渡级可达5440千克。“大力神3”能把1000千克重的卫星一举送到低地球轨道。马丁公司商用“大力神3”还可发射一箭双星,如1989年6月发射了日本“通信卫星2”和英国军用通信卫星“天网4-A”;1990年3月14日发射第二颗“国际通信卫星6”时,由于卫星未及时与二级分离,未能顺利进入预定轨道,发射失败,但6月23日第三颗“国际通信卫星6”成功发射。

马丁公司的“大力神34-D”,既能把4.536吨重的卫星直接送入静止轨道,又能把7.690吨重的卫星推到低地球轨道,空军的重型照相侦察卫星都是用“大力神34-D”发射的。它的造价为每枚6000万美元,发射“锁眼11”侦察卫星(重11~12吨)总价值为5亿美元。大力神系列共发射141次,成功135次,成功率达95.7%。

目前,美国最大的运载火箭是“大力神4”,它能将17.69吨重的有效载荷送入低地球轨道,起飞总推力达235.9吨。它高达53米,有两枚固体燃料助推器,每枚有10层楼那么高。1990年6月8日夜间,“大力神4”首次发射了一颗重4吨多的电子侦察卫星。起飞时发出的白光亮得在5.5千米远地方可阅读一张新闻报纸。美国空军前部长爱德华·奥尔德雷奇特说:“‘大力神4’是美国国家安全战略的基石。”

2.“德尔塔”系列火箭

“德尔塔”系列火箭是麦道公司生产的。1981年4月,随着美国航天飞机的投入飞行,美国不再使用一次性运载火箭,于是“德尔塔”系列火箭的生产被停止。1986年1月28日,“挑战者号”航天飞机爆炸后,空军又重新启动生产新的“德尔塔2”火箭的计划,又称为“德尔塔6925”,新型的德尔塔火箭在原来的基础上又加大第一级,采用更大的整流罩,增加改进的固体火箭助推器,可将1447千克重的卫星推入静止转移轨道。“德尔塔7925”装有更大更轻的固体燃料助推器,加上“巴姆DⅡ”第三级,能把1819千克重的卫星送入转移轨道。火箭生产线现已完全恢复生产。1990年6月12日,用最后一枚“德尔塔”成功地发射了“印度卫星1D”,以后就使用“德尔塔2”发射了预订的7枚商用卫星。

从1960年到1990年6月,麦道公司生产的“德尔塔”系列火箭一共发射了196次。该公司每年生产14枚新的“德尔塔2”,这一系列的运载火箭将是美国1000~1800千克级军民卫星的主要发射工具。该公司仍以其高可靠性投入国际商用卫星发射市场。

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