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世界著名运载火箭都是谁?

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世界上能够自制火箭且自己发射的国家(或国际组织)目前有美国、俄罗斯、欧洲空间局(以法国为主)、中国和日本等。这些国家或组织的运载火箭有不同的结构、不同的推力和不同的推进剂。

总的来说,由于俄罗斯地处高纬度地区,故发射同样载荷重量的航天器所需的火箭推力较大,所以俄罗斯具有重型火箭如“能源”号、“质子”号等,用以发射太空站和货运、客运飞船。而美国为了将“阿波罗”号系列飞船送上月球,将“卡西尼”号土星探测飞船送上飞往土星的轨道,土星上的闪电则使用了推力巨大的“土星5”号和“大力神4B”号重型运载火箭。

俄罗斯著名的运载火箭有:“能源”号、“质子”号、“卫星”号、“东方”号、“闪电”号、“联盟”号等。

美国著名的运载火箭有:“雷神”号、“宇宙神”号(系列)、“德尔塔”号(系列)、“大力神”号(系列)、“土星”号(巨型)等。

欧洲空间局(以法国为主)所具有的著名运载火箭是“阿里亚娜”系列火箭,它是后来崛起的一种运载火箭。目前占有国际卫星发射商业市场近60%的业务。

而中国是世界五大航天大国之一,有些技术已达到世界先进水平。中国的运载火箭系列是“长征”系列。该系列火箭在完成我国的卫星发射任务的同时,还承担部分世界商业卫星发射业务。“长征”系列火箭与阿里亚娜系列火箭一样在世界上具有较高的声誉。中国是掌握卫星回收技术的第三个国家,是掌握火箭再点火技术的第二个国家。

日本是航天大国中的后起之秀,近几十年来研制了自己的系列运载火箭,有M系列、H系列。其中“H—2”曾发射过一箭双星。日本是第四个掌握卫星回收技术的国家。目前,“H—2”是日本最大的运载火箭。

前苏联地处高纬度的北半球,发射场远离赤道,利用地球自转速度发射航天器的条件不如赤道地区优越,所以只好靠生产大功率的运载火箭来弥补这一缺陷。因此,前苏联的运载火箭的功率都很大。直到现在,俄罗斯还在使用一些著名的老型号运载火箭,如“质子”号、“闪电”号、“联盟”号、“宇宙”号和“旋风”号等。前苏联的火箭技术成熟,发射载荷大,发射成功率高,成本低,多用于发射飞船和卫星。

“卫星”号运载火箭是前苏联早期的运载火箭,它奠定了前苏联航天运载工具发展的基础。它是前苏联用“P—7”洲际导弹改装的,火箭由1枚芯级火箭和4台侧挂助推火箭并联捆绑而成。

“东方”号运载火箭是继“卫星”号之后发展较早的一种运载火箭。“东方”号火箭因发射“东方”号宇宙飞船而得名。它1959年1月2日试飞,成功发射“月球1”号探测器。后来又4次用于发射动物卫星舱的试验。1961年4月12日它把世界上第一位宇航员加加林送上地球轨道飞行。截至1980年,“东方”号火箭总共发射了85个航天器,其中包括5艘载人飞船。

“东方”号运载火箭是一种三级液体火箭,它在“卫星”号两级火箭的基础上又增加了一级火箭,因此它的运载能力比“卫星”号增大了2.5倍。

前苏联的运载火箭基本上按标准化、系列化发展。在“东方”号火箭的基础上,1961年又研制成功“闪电”号和“联盟”号两种系列火箭。“闪电”号以改装后的“东方”号三级火箭,再加上第四级构成,火箭全长42.8米,起飞重量300吨,其近地轨道的运载能力最高达到7吨。1961年2月4日首次发射成功,随后相继用来发射了7个“金星”号、10个“月球”号、1个“火星”号探测器和数十颗“闪电”号通信卫星。

“联盟”号运载火箭于1961年研制成功,因用它发射“联盟”号系列载人飞船而得名。它是由“东方”号三级火箭改进第三级后的新型三级运载火箭,总长49.3米,起飞重量310吨,近地轨道的运载能力为7.5吨。

1963年11月16日首次发射“宇宙22”号卫星成功;1964年和1965年又先后用来试验发射2艘“上升”号载人飞船。

1967年开始用来发射“联盟”号、“联盟T”号系列载人飞船和“进步”号自动货运飞船。

“能源”号运载火箭是前苏联的超级巨型运载火箭。1987年5月15日在拜科努尔航天中心发射成功。

在随后的1988年11月15日,“能源”号火箭将不载人的“暴风雪”号航天飞机载入太空轨道飞行,成为前苏联运载火箭发展的一个新的里程碑。

“能源”号运载火箭的总设计师是古巴诺夫。该种巨型火箭的情况是:箭长约60米,总重2400吨,起飞推力3500吨,能把100吨有效载荷送上近地轨道。

“能源”号运载火箭由两级组成。第一级捆绑4台液体助推火箭,高39米;第二级为直径8米的芯级,由4台液氢液氧发动机组成。发射时,第一级、第二级同时点火,第一级4台助推火箭工作完成后,由地面控制使其脱离芯级火箭后予以回收,经修理后可重复使用50次;第二级即芯级火箭可将有效载荷送入地球轨道运行。

“质子”号是重型运载火箭之一,在前苏联的航天活动中,“质子”号运载火箭发射最为频繁。“质子”号火箭系列先后研制有二、三、四级三种型号。最大一种是四级火箭,全长44.3米,底部最大直径7.4米,起飞重量800吨。第一级由6台助推火箭组成。它的中心是一个直径较大的氧化剂箱,四周捆绑6个燃料箱,起飞推力达1000吨。第二级高约13.7米,装有4台发动机,总推力为240吨。第三级高6.4米,装1台发动机,另有4台校正航向的可控微调发动机。第四级高5.5米,装有1台封闭式循环发动机,可二次点火。

1965年7月16日,“质子”号运载火箭首次发射,将1颗重达12.2吨的卫星送入预定轨道;1971年4月19日又成功发射重17.5吨的“礼炮1”号轨道站;从1971~1973年相继发射了6颗“火星”号探测器;1974年发射第一颗静止轨道卫星“宇宙637”号;1975年到1983年陆续发射了“金星”号系列探测器;1984年发射2个“维加”号哈雷彗星探测器;1986年又把第三代轨道站“和平”号送入太空。

这一系列发射纪录,表明“质子”号火箭对于前苏联航天活动有着举足轻重的作用。

美国在航天领域是与前苏联进行竞争和合作的主要国家。在20世纪50年代和60年代初,美国在竞争中处于劣势和落后的境地,原因之一就是运载火箭不过关。1969年7月21日“阿波罗2”号登月成功与随后进行的一系列“阿波罗”号登月飞行,使美国在航天领域的竞争中逐渐赶上并处于领先地位。美国航天的成就,除了各项综合高科技的发展外,运载火箭技术的进步是重要原因之一。

在此值得一提的是,著名火箭专家冯·布劳恩在发展美国火箭技术上立下了汗马功劳。他主持研制的“丘比特C”号运载火箭将美国第一颗人造地球卫星“探险1”号送入太空,时间是1958年2月1日。布劳恩还用“丘比特”号改进型火箭为美国征服太空开创了新纪元。

此后,美国国家航空航天局(NASA)又先后用几种中程和洲际导弹经改造而研制成“雷神”号、“大力神”号、“德尔塔”号、“宇宙神”号等多种系列的运载火箭,下面分别加以介绍。

“雷神”号是美国早期发射小型卫星的运载火箭,从1959年以来发射400多次,现已不常用。

“宇宙神”号系列火箭,由美国通用动力公司制造,已连续生产30多年。火箭长25.1米,直径3米,起飞重量120吨。

目前,经常使用的是“宇宙神阿金纳D”号和“宇宙神半人马座”号2种型号。前者重129吨,能把2吨重的有效载荷送入500千米高的地球轨道;后者重139吨,近地轨道的最大运载能力为4吨。它们除作为“月球”号和“火星”号星际探测器的运载工具外,还曾用来发射通信卫星和“水星”号载人飞船。自1959年以来,它已发射500多次,是使用最广泛的一种运载工具,在世界上较为驰名。

“德尔塔”号系列火箭由美国麦道公司研制生产,并于1960年5月首次发射,至今已发射180多次。它先后发射过“先驱者”号探测器、泰罗斯气象卫星、“云雨”号卫星、“辛康”号卫星、国际通信卫星2、3号等。

“德尔塔”号系列火箭是三级火箭,有2种型号,总长38.4米,起飞重量分别为220吨和230吨。其中一种的同步转移轨道运载能力为1.4吨;另一种的同步转移轨道运载能力为1.8吨。“德尔塔”号系列火箭主要用于各类卫星的发射。

“大力神”号系列火箭有着辉煌的发射记录。它主要发射各种军用卫星,也发射过“太阳神”号、“海盗”号、“旅行者”号等行星和行星际探测器。

“大力神”号系列开发的几种型号分别为:“大力神3”、“大力神3A”、“大力神3B”、“大力神3C”、“大力神3D”、“大力神3E”和“大力神34D”。各型“大力神”火箭的有效载荷分别是:3A为3.6吨,3B为4.5吨,3C、3D和3E均为15吨;最大的“大力神34D”长达62米,最大直径5米,发射地球同步转移轨道卫星的运载能力达4.5吨。后来又研制出“大力神4B”号火箭,用来发射“卡西尼”号土星探测器。

“土星”号运载火箭是在美国火箭专家冯·布劳恩主持下研制设计的,主要为登月计划服务。从1964年开始实施土星巨型登月火箭研制计划,至1967年的3年间相继研制成功“土星1”号、“土星1B”号、“土星5”号等几种型号的巨型运载火箭。各型号情况如下:

①“土星1”号——两级火箭,1964年首先研制成功。火箭长38.1米,直径5.58米,发射重量502吨,近地轨道的有效载荷为10.2吨。它曾用来试验发射“阿波罗”号飞船模型。

②“土星1B”号——“土星1”号的改进型,为两级火箭,1966年研制成功。火箭长68.3米,直径6.6米,发射重量590吨,最大有效载荷18.1吨。从1966年到1975年共发射9次,除做运载“阿波罗”号飞船实验外,还3次将宇航员送上太空实验室空间站和1次发射“阿波罗”号载人飞船与前苏联的“联盟”号飞船对接。

③“土星5”号——世界上最大的巨型运载火箭,是三级火箭,1967年研制成功。火箭全长110米,直径10.1米,起飞重量2950吨,近地轨道的有效载荷达139吨,飞往月球轨道的有效载荷为47吨。从1967年到1973年共发射13次,其中6次将“阿波罗”号载人飞船送上月球。“土星5”号在人类航天史上写下了最为光辉的一页。

在法国的倡议下,西欧法、英、德、意等11个国家于1973年7月成立了欧洲空间局,着手研制“阿里亚娜”系列火箭(阿里亚娜是古希腊神话中一位美丽公主的名字)。

“阿里亚娜”系列运载火箭至今已研制5种型号:“阿里亚娜1”号、“阿里亚娜2”号、“阿里亚娜3”号、“阿里亚娜4”号和“阿里亚娜5”号。下面详细介绍“阿里亚娜”系列火箭的研制和发射概况。

1979年12月24日第一枚“阿里亚娜1”号火箭发射成功。它是三级火箭,长47.39米,直径3.8米,发射重量200吨,能将1.7吨的有效载荷发射到地球同步转移轨道。“阿里亚娜1”号火箭发射11次,其中1次失败。

“阿里亚娜2”号火箭研制和发射不甚理想,没有大量投入使用。“阿里亚娜2”号比“阿里亚娜3”号晚2年发射,即1986年才发射,运载能力只有2.2吨。1986年5月31日首次发射失败,以后连续发射5次均成功。

1984年8月4日发射成功第一枚“阿里亚娜3”号火箭。它的低轨道运载能力为2.7吨,共发射11次,其中1次失败。

1988年6月15日,第一枚“阿里亚娜4”号火箭发射成功。它的同步转移轨道运载能力为1.9吨到4.2吨,现已发射25次,有1次失败。“阿里亚娜4”号火箭又分5种型号。第一种是AR40,同步轨道运载能力为1.9吨;第二种是AR42P,带有2个固体捆绑式助推火箭,有效载荷增加到2.6吨;第三种是AR44P,带有4个固体捆绑式助推火箭,有效载荷为3吨;第四种是AR42L,采用2个液体助推火箭,有效载荷3.2吨;第五种是AR44L,采用4个液体助推火箭,同步转移轨道运载能力达4.2吨,它是“阿里亚娜”系列火箭中较大的一种型号。

欧洲空间局从1985年开始研制“阿里亚娜5”号火箭,计划1996年投入使用,用于发射6.8吨的地球同步轨道卫星。1997年发射时失败。直到1998年发射成功。

“阿里亚娜”系列火箭的成功,是欧洲联合自强的象征,它在国际航天市场的角逐中占有重要地位,世界商业卫星的发射业务大约有60%由“阿里亚娜”系列火箭承担,在国际上有较高声誉。

中国的运载火箭可与“阿里亚娜”系列火箭等齐名的是“长征”系列火箭。以其发展时间不同、载荷量不同以及助推方式的不同(有多级和捆绑式),中国“长征”系列火箭分“长征1”号,“长征2”号(2A、2B、2C、2D、2E、2F),“长征3”号(3A、3B),“长征4”号,“长征5”号,“长征6”号,“长征7”号。

中国的火箭事业起步于20世纪50年代,在前苏联人的帮助下,首先研制成功地—地导弹。导弹就是火箭的前部装上弹头(又称作战部)和控制导航系统而成。如果将弹头换成卫星或其他航天器或箭体上背上航天器(或航天飞机),改进一下控制部,导弹就变成了运载火箭。我国后来发展的“长征”系列火箭就是在此基础上,再加上自力更生,艰苦奋斗而诞生的。

“长征1”号是用来发射“东方红1”号卫星的,1970年4月24日发射成功,这大大鼓舞了中国人民的信心。此后又用它发射多枚卫星。

“长征1”号又记做CZ—1或LM—1。“长征1”号是三级火箭,全长29.45米,最大直径2.25米,起飞重量81.6吨,起飞推力112吨,能把0.3吨重的卫星送入400多千米高的近地。

“长征2”号的前身是中远程导弹,“长征2”号第一级发动机推力达70吨,比“长征1”号的同级发动机(推力为28吨)提高许多。但“长征2”号第一次发射失败(1974年11月5日发射,因一条导线断裂而导致全局失败),以后(1975年11月26日,1976年12月7日,1978年1月26日)用它发射返回式卫星皆成功,1979年停产。

“长征2”号是两级火箭,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。

“长征3”号主要是用来发射地球同步卫星的。由于地球同步轨道较高(高达36000千米),故需要大推力火箭。所以“长征3”号火箭的第三级火箭发动机改为用液氢和液氧作低温高能推进剂,它燃烧效率高,在飞行中可两次点火(在飞行中关机后可再次点火)。

1984年4月8日我国用“长征3”号运载火箭首次成功地将“东方红2”号实验通信卫星成功发射到地球同步轨道,从而使我国成为第三个使用低温高能推进剂——液氢液氧的国家;成为第二个掌握高空、微重力条件下发动机两次点火的国家。

火箭全长43.25米,一、二级直径3.35米,三级直径2.25米,起飞重量204吨,起飞推力296吨,其同步转移轨道的运载能力为1.4吨。至1993年底,它成功发射6颗应用通信卫星(包括为亚洲卫星公司发射的“亚洲1”号通信卫星)。“长征3”号火箭的发射成功,标志着中国运载火箭跨入世界先进行列。

“长征4”号是作为“长征3”号的备份用的。采用技术较成熟的常规推进剂——四氧化二氮和偏二甲肼。后改进成“长征4”号甲,用来发射太阳同步气象卫星,也用来发射极地卫星。我国1988年9月7日在太原发射中心用它发射“风云1”号气象卫星成功;1990年9月3日在发射2颗“风云1”号气象卫星时还搭乘了2颗“大气1”号气象卫星,从而使“长征4”号名声显赫。

“长征4”号火箭与“长征3”号尺寸差不多,运载能力也相近,但发射重型卫星仍不能胜任。火箭全长41.9米,一、二级直径3.35米,三级直径2.9米,起飞重量249吨,起飞推力296吨,其地球同步转移轨道的运载能力为1.25吨,太阳同步轨道的运载能力为1.65吨。

“长征3”号甲的同步转移轨道的运载能力比“长征3”号提高1吨多,达2.6吨。用它除可发射同步卫星外,还可发射太阳同步卫星及低轨道卫星和极地轨道卫星。1994年2月8日用它将“实践4”号空间探测卫星和“夸父1”号模拟星成功送入轨道。这枚火箭长52.52米,最大直径3.35米,起飞重量240吨,起飞推力300吨,其地球同步转移轨道的运载能力达到2.6吨,是中国2000年前后发射大型卫星的主要运载工具。

“长征2”号捆又称CZ—2E(即“长征2”号戊),由于它是在“长征2”号基础上增加4个捆绑液体式助推小火箭,故称“长征2”号捆。这种结构也十分新颖。研制“长征2”号捆是由于中国长城工业公司与美国休斯公司签订了澳星(即澳大利亚通信卫星)发射合同,要求“长征2”号捆在1990年7月16日研制首发成功,以便于在1992年用于正式发射2颗澳星。从1988年12月上马,18个月拿出新型号,这在国外是不可想象的。但经过中国长征系列航天铁人们的努力,终于按期完成。

“长征2”号捆长51米,采用4个液体火箭助推器,看上去很粗实。1990年7月16日“长征2”号捆发射成功,将一颗模拟星和巴基斯坦的一颗科学实验卫星送入轨道。1992年3月22日正式发射澳星,但遗憾的是,这次发射失败,火箭未能起飞。但是,这次失败可以说是一次成功的失败,因火箭安全系统起了作用,保住了火箭和澳星。几个月后的1992年8月14日,“长征2”号捆第三次发射,澳星被准确送入轨道。1992年12月21日用该型火箭第四次发射运送澳星,火箭飞行正常,卫星在空中爆炸,结果中美双方共同承担责任。1994年8月28日第五次发射,将第三颗澳星成功送入轨道。1995年1月26日又发射美国休斯公司制造的“亚太2”号通信卫星失败。1995年11月8日,用“长征2”号捆第七次发射,将“亚洲2”号卫星送入同步定点轨道。CZ—2捆三成三败,后来人们又对它进行改型。CZ—2捆是两级捆绑技术火箭,第一级在芯级周围捆绑4个液体助推火箭,第二级为一个芯级火箭。火箭总长51米,直径3.35米。每个液体助推火箭长15.4米,直径2.25米,芯级最大直径4.2米。总起飞重量464吨,起飞推力592吨,能把8.8吨至9.2吨的有效载荷送入近地轨道。

在“长征3”号甲上再捆绑4个助推火箭,形成“长征3”号乙。它可将5吨载荷送入同步转移轨道。1996年2月15日,“长征3”号乙首飞,发射国际通信卫星108,结果失败。以后4次发射皆成功(1997年8月发射马部海卫星,1997年10月发射“亚太2”号R卫星,1998年5月发射“中卫1”号卫星,1998年7月发射“鑫诺1”号卫星)。

除“长征”系列火箭外,中国还研制了“风暴”系列火箭,实现一箭多星发射,这是火箭领域中的最新技术,但由于以后一系列失败,目前“风暴”系列火箭已停产。

21世纪,中国载人航天迅速发展,因此,“长征”系列火箭将会发挥更大的作用,为中国的航天事业增光添彩。

“长征5”号运载火箭系列是以120吨和50吨2种发动机为基础,构成5米直径、3.35米直径和2.25米直径三种模块,形成“通用化、系列化、组合化”的新一代运载火箭系列。

“长征5”号运载火箭突破3.35米直径的限制,一个关键条件便是呼唤多年的海南文昌航天发射基地的上马。此前我国酒泉、西昌、太原三个发射基地受到铁路运输条件的限制,火箭直径不能超过3.35米。发射基地建在沿海,火箭则使用不受体积限制的海运。地处低纬度的海南则可增强火箭有效发射能力;广袤的南海可成为火箭残骸安全便捷的坠落区。

在“长征5”号重型运载火箭和海南文昌航天发射基地问世后,中国航天将具备25吨的近地轨道运载能力和12吨的地球同步轨道运载能力,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、载人航天技术和天文科学的发展,也必将大大提高我国在国际航天发射市场上的竞争能力。

运载火箭如按级数来分,可分为单级火箭、多级火箭。其中多级火箭按级与级之间的连接形式来分,又可分为串联型、并联型(俗称捆绑式)、串并联混合型三种类型。串联型多级火箭级与级之间的连接分离机构简单,但串联后火箭总长较长、火箭的长细比(长度与直径之比)大,给设计带来一定的困难;发射时,这种火箭竖起来后太高,给发射操作带来不便;同时,其上面级的火箭发动机要在高空点火,点火的可靠性差。并联型多级火箭采用横向捆绑连接,连接分离机构稍复杂,但其中间芯级第一级火箭采用横向捆绑的火箭可在地面同时点火,避免了高空点火,点火的可靠性高。我国的“长征2”号运载火箭则是一枚串并联混合型的两级半火箭,其中第一级火箭周围捆绑了4枚助推器只能算半级。

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