什么是运载火箭?

[拼音]：yunzai huojian

[外文]：launch vehicle

由多级火箭组成的航天运输工具。运载火箭的用途是把人造地球卫星、载人飞船、航天站或空间探测器等有效载荷送入预定轨道。运载火箭是第二次世界大战后在导d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d改装的“卫星”号运载火箭（见“人造地球卫星”1号工程）。到 20世纪80年代，苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度和欧洲空间局已研制成功20多种大、中、小运载能力的火箭。最小的仅重10.2吨，推力125千牛(约12.7吨力)，只能将1.48公斤重的人造卫星送入近地轨道；最大的重2900多吨，推力33350千牛(3400吨力)，能将120多吨重的载荷送入近地轨道。主要的运载火箭有“大力神”号运载火箭、“德尔塔”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、“阿里安”号运载火箭、N号运载火箭、“长征”号运载火箭等。

运载火箭一般由2～4级组成。每一级都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统。末级有仪器舱，内装制导与控制系统、遥测系统和发射场安全系统，这些系统有一些组件分别放置在各级的适当部位。级与级之间靠级间段连接。有效载荷装在仪器舱的上面，外面套有整流罩。

许多运载火箭的第一级外围捆绑有助推火箭，又称零级火箭。助推火箭可以是固体或液体火箭，其数量可根据运载能力的需要来选择。

运载火箭的推进剂大都采用液体双组元推进剂。第一、二级多用液氧和煤油或四氧化二氮和混肼为推进剂。末级火箭采用高能的液氧和液氢推进剂。单组元推进剂，如无水肼，常用于末级火箭的辅助推进系统。

运载火箭的制导系统大都用自主式全惯性制导系统。进行星际飞行的火箭还要用天文导航和无线电导航系统。制导系统的仪器大部分装在仪器舱内。

整流罩是一种硬壳式结构。其作用是在大气层飞行段保护有效载荷，飞出大气层后就可抛掉。整流罩往往沿纵向分成两半，由d簧或无污染炸药索产生分离力。整流罩直径一般等于火箭直径，在有效载荷尺寸较大时也可大于火箭直径，形成灯泡形的头部外形。

运载火箭的技术指标包括运载能力、入轨精度、火箭对不同重量的有效载荷的适应能力和可靠性。运载能力指火箭能送入预定轨道的有效载荷重量。有效载荷的轨道种类较多，所需的能量也不同，因此在标明运载能力时要区别低轨道、太阳同步轨道、地球同步卫星过渡轨道、行星探测器轨道等几种情况。表示运载能力的另一种方法是给出火箭达到某一特征速度时的有效载荷重量。各种轨道与特征速度之间有一定的对应关系。例如把卫星送入 185公里高度圆轨道所需要的特征速度为7.8公里/秒，1000公里高度圆轨道需8.3公里/秒，地球同步卫星过渡轨道需10.25公里/秒，探测太阳系需12～20公里/秒。

运载火箭在专门的航天发射中心（见航天器发射场）发射。火箭从地面起飞直到进入最终轨道要经过以下几个飞行阶段：

（1）大气层内飞行段：火箭从发射台垂直起飞，在离开地面以后的10几秒钟内一直保持垂直飞行。在垂直飞行期间，火箭要进行自动方位瞄准，以保证火箭按规定的方位飞行。然后转入零攻角飞行段。火箭要在大气层内跨过声速，为减小空气动力和减轻结构重量，必须使火箭的攻角接近于零。

（2）等角速度程序飞行段：第二级火箭的飞行已经在稠密的大气层以外，整流罩在第二级火箭飞行段后期被抛掉。火箭按照最小能量的飞行程序，即以等角速度作低头飞行。达到停泊轨道高度和相应的轨道速度时，火箭即进入停泊轨道滑行。对于低轨道的航天器，火箭这时就已完成运送任务，航天器便与火箭分离。

（3）过渡轨道：对于高轨道或行星际任务，末级火箭在进入停泊轨道以后还要再次工作，使航天器加速到过渡轨道速度或逃逸速度，然后航天器与火箭分离。

运载火箭的设计特点是通用性、经济性和不断进行小的改进。这和大型导d不同。大型导d是为满足军事需要而研制的，起支配作用的因素是保持技术性能和数量上的优势。因此导d的更新换代较快，几乎每 5年出一种新型号。运载火箭则要在商业竞争的环境中求发展。作为商品，它必须具有通用性，能适应各种卫星重量和尺寸的要求，能将有效载荷送入多种轨道。经济性也要好。也就是既要性能好，又要发射耗费少。订购运载火箭的用户通常要支付两笔费用。一笔是付给火箭制造商的发射费，另一笔是付给保险公司的保险费。发射费代表火箭的生产成本和研制费用，保险费则反映火箭的可靠性。火箭制造者一般都尽量采用成熟可靠的技术，并不断通过小风险的改进来提高火箭的性能。运载火箭不像导d那样要定型和批生产。而是每发射一枚都可能引进一点新技术，作一点小改进，这种小改进不影响可靠性，也不必进行专门的飞行试验。这些小改进积累起来就有可能导致大的方案性变化，使运载能力能有成倍的增长。

80年代以来，一次使用的运载火箭已经面临航天飞机的竞争。这两种运载工具各有特长，在今后一段时间内都将获得发展。航天飞机是按照运送重型航天器进入低轨道的要求设计的，运送低轨道航天器比较有利。对于同步轨道航天器，航天飞机还要携带一枚一次使用的运载器，用以把航天器从低轨道发射出去，使之进入过渡轨道。这样有可能导致入轨精度和发射可靠性的下降。一次使用的运载火箭在发射同步轨道卫星时可以一次送入过渡轨道，比航天飞机稍为有利。这两种运载工具之间的竞争将促进可靠性的提高和成本的降低。