世界火箭的发展史

世界火箭的发展史,第1张

火箭起源于中国,是我国古代的重大发明之一,早在宋代就发明了火箭,在十三世纪以前,中国的火箭技术在世界上遥遥领先,火箭是热机的一种,工作时燃料的化学能最终转化成火箭机械能.现代火箭用来发射探测仪器,以及人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等空间的飞行器.目前各种型号的中国火箭有:

1、长征一号是我国第一枚三级运载火箭.它以两级液体火箭为基础,加固体第三级.固体发动机由固体发动机研究院研制.全箭由中国运载火箭技术研究院技术抓总.箭长29.46m,最大直径2.25m,起飞质量81.5t,起动推力达106 N.二、三级有转接锥壳相连.第三级与第二级完全分离后,起旋火箭点火,使第三级在空中自由起旋.整流罩用水平抛脱.长征一号火箭具有将300 kg的卫星射入倾角为70°、高为440km的圆轨道的运载能力.

1970年4月24日,“长征一号”运载火箭在酒泉发射中心首次发射我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”,再次发射把实践一号科学实验卫星送入轨道.

“长征一号”的改型,“长征一号丁”,在原一二级基础上,更换三级固体发动机,将使其近地轨道的运载能力达到700kg~750kg.

2、长征二号两级液体运载火箭,全箭长约32m,最大直径3.35m,起飞质量190 t,一级装有4台发动机,地面推力为2.8×106 N,二级主发动机真空推力7.3×105 N,还有4个可以遥控的游动发动机(总推力4.7×104N),能将1.8 t的有效载荷送入近地轨道,1974年11月首次发射,由于一根导线有暗伤,导致飞行试验失败.1975年11月发射返回式遥感卫星准确入轨.接着,又发射两次,均获成功.

随着卫星对火箭运载能力要求的提高,“长征二号”火箭也作了相应的技术状态的修改,使技术性能和运载能力均有所改进和提高.近地轨道运载能力达到2.5 t左右,命名为“长征二号丙”,多次发射均获得成功.发射表明:“长征二号丙”设计方案正确,性能稳定,质量可靠,获得国内外同行的好评.

3、长征二号E即长征二号捆绑火箭,中国运载火箭技术研究院研制的第一枚推力捆绑式(也叫集束式)运载火箭,它是以经过改进的“长征二号丙”火箭作芯级(一级加长4.6 m,二级加长5.2 m)第一级箭体上并联4个长15.3 m,直径2.25 m的液体助推火箭.上面级和卫星都装在直径4.2 m,高10.5 m的整流罩内,全箭长49.7 m,芯级直径3.35 m,芯级一级发动机4机关联,加上4枚助推火箭,总推力为6×106N,可把8.8 t有效载荷送入200 km的圆轨道,1988年底获准研制,只用了18个月的时间,实现了预定目标.1990年7月16日首次发射,一举成功,把一颗巴基斯坦的科学试验卫星和一模拟有效载荷准确送入轨道.用如此短的周期,研制成功一个新型大推力运载火箭,这在我国是史无前例的,在世界航天史上也属罕见,它为我国发展载人航天技术和满足国际卫星发射服务市场的需要奠定了基础.1992年为澳大利亚发射两颗美制第二代通信卫星.

这种火箭,如配以中国的固体推进剂的上面级可将3 t的有效载荷送入同步转移轨道;如配以液氢液氧推进剂上面级,构成“长征二号E/HO”,其同步轨移轨道的运载能力将达到4.8t.

4、长征三号是以“长征二号丙”为原型加氢氧第三级组成的三级运载火箭.由中国运载火箭技术研究院负责总设计和研制第三级,第一、第二级由上海航天局承制,全箭总长44.56 m,起飞质量202 t,起飞推力2.8×106 N,第三级氢氧发动机在高空失重条件下二次启动.其同步转移轨道推力为1.4×104N.1984年1月29日首次发射,由于第三级发动机二次启动不正常,卫星进入近地轨道运行.经过70个昼夜的奋斗,4月8日再发射,获得圆满成功.

1990年4月7日,“长征三号”为香港卫星通信有限公司成功地发射了亚洲一号通信卫星,标志着中国的长征系列运载火箭开始步入国际卫星发射服务市场.

5、“长征三号甲”“长征三号甲”是为发射新一代通信广播卫星而研制的新型运载火箭.它在“长征二号”运载火箭的基础上,采用了多项先进技术,同步转移运载能力由原来的1.4 t提高到2.5 t,它是一种大型三级液体火箭,全长52.5 m,直径和整流罩均超过长征三号,起飞质量241 t,起飞推力3×106 N,火箭质量近40 t,自1986年2月开始研制,重大技术有30多项,其中火箭的三级推力氢氧发动机,冷氦加温增压系统,动调陀螺四轴平台,低温氢气能源双向摇摆伺服机构等4项技术已属世界一流.我国航天科技工作者倾注8年心血研制的这种运载火箭,至今发射3次,均获成功,巍巍长箭涉三关,在我国航天史上写下一页新的篇章.

首试锋芒送双星.1994年2月8日北京时间下午4时34分,最新研制的“长征三号甲”运载火箭在西昌卫星发射中心点火起飞,将一颗“实践4号”空间探测卫星和一颗模拟卫星送上太空.

前功尽弃经磨难.第二枚“长征三号甲”运载火箭于1994年11月30日凌晨1时2分在西昌卫星中心发射成功,火箭点火升空后,经过24分钟飞行,把我国新一代通信卫星“东方红3号”送入近地点20.58 km,远地点36 220 km的地球同步转移轨道,卫星完成第三次变轨,进入巡航姿态.经过三次变轨后,卫星已在准同步轨道上运行.由于星上姿态控制推力器燃料泄漏,未达到进入同步轨道的目的.1997年5月12日,“长征三号甲”运载火箭第三次发射,成功地将“东方红3号”通信广播卫星送入预定轨道.

6、长征三号乙我国自行研制、目前运载能力最大的新型捆绑式运载火箭“长征三号乙”于1997年8月20日凌晨从西昌卫星发射中心成功地将菲律宾卫星送入轨道,这表明长征系列运载火箭具备了能把5 000 kg有效载荷送入高轨道的能力.这是长征火箭第46次成功发射,也是中国长城工业总公司第12次执行商业发射服务合同.

“长征三号乙”火箭全长54838 m,起飞质量426t,可将5000 kg的有效载荷送入倾角为28.5°的地球同步转移轨道,它充分继承了长征系列的芯级除贮箱加长,结构加强及整流罩加大以外,与长征三号甲火箭相同,也具有在真空条件下二次启动能力的氢氧发动机技术和同轴挠性平台等技术.火箭一级周围捆绑的4个助推器,与长二捆火箭完全相同.由于捆绑了助推器,其控制和遥测系统在长三甲的基础上作了相应的修改,是中国长征系列火箭中高轨道运载能力最大的火箭.

马部海卫星是美国劳拉空间系统公司在fs1300平台的基础上设计的三轴稳定地球同步通信卫星,它共有30个C波段转发器和24个KU波段转发器,能向菲律宾、中国和东南亚地区提供语言、图像和数据传输等通信服务.马部海卫星是亚洲地区功率最大的通信卫星,其最大分离质量约3770kg,在轨道寿命超过12年.它将定点在东经144暗某嗟郎峡 .1997年10月17日凌晨3点13分,长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心又一次发射升空,将亚太二号R通信卫星成功送入预定轨道,远地点47 922 km近地点201 km,倾角24.4º,卫星质量3 700 kg,此次发射是长征系列运载火箭是48次发射.

7、风暴一号是两级运载火箭.由上海航天局研制,火箭长32.6 m,直径3.35 m,起飞推力2.8×106 N,起飞质量191 t,推进剂为四氧化二氮和偏二甲肼.一级发动机由四台可切向摇摆的游动发动机组成,二级发动机由一台主发动机和四台可切向摇摆的游动发动机组成.制导系统采用平台一计算机全惯性系统,姿态控制采用有源网络校正装置,贮箱采用主强度铝合金材料,采用自然增压方案.“风暴一号”可把1 500 kg的有效载荷送入近地轨道.

为了提高运载能力,采用了大幅度减轻结构重量,降低发动机混合比偏差,一级采用耗尽关机.二级主发动开机后采用游动发动机小推力飞行入轨等措施.为了提高轨道精度,采用了速度导引有机结合的制导方法,为了用一枚火箭发射三颗卫星,攻克了结构动力学和多星分离运动学的技术关键.

1975年以来,“风暴一号”先后发射了六颗卫星.它们是三颗科学技术实验卫星和1981年9月20日用一枚“风暴一号”运载火箭成功发射的三颗卫星.

8、长征四号是一种多用途三级常温推进剂运载火箭,具有性能优良,结构可靠,成本低廉,发射场通用,使用方便等特点,由上海航天局研制.

“长征四号”采用四氧化二氮和偏二甲肼推进剂,全长41.9 m,改进的一、二级直径为3.35 m,新研制的三级直径为2.9 m,火箭起飞质量249 t,起飞推力3×106N.“长征四号”在总体上进行了优化设计,加长一级推进剂贮箱4 m,加大一级发动机推力2×105N,三级采用两台5×104N推力的发动机,减轻结构设计质量约300 kg,使火箭的运载能力大幅度提高,该火箭运送地球同步转移轨道卫星的运载能力为1 250 kg,运送900 km高度的太阳同步轨道卫星的运载能力为1 650 kg.“长征四号”在国内大型运载火箭上首次应用了数字式姿态控制系统.三子级全程氮气压力值增压输送系统,三子级双向摇摆发动机.无水肼表面张力定箱,三级单层高强度铝薄壁共贮箱等多项先进技术.

1988年9月7日和1990年9月3日,“长征四号”运载火箭两次发射太阳同步轨道“风云一号”气象卫星均获圆满成功.“长征四号”具有两种不同直径的卫星整流罩,可适应不同质量和尺寸的有效载荷,也可一箭多星发射,这为承担多种卫星的发射业务,特别是为发射同步轨道和极地轨道卫星创造了有利的条件.

附:

主要数据 长/m 芯级最大直径/m 起飞推力/N 运载能力/t 轨道/km

长征一号 29.46 2.25 1.04×106 0.3 400

长征二号 32 3.35 2.8×106 1.8 近地

长征二E 49.7 3.35 6×106 8.8 200

长征三号 44.56 3.35 2.8×106 1.4 同步轨道

长三甲 52.5 3.35 3×106 2.5 同步轨道

长三乙 54.848 3.35 5.0 同步轨道

风暴一号 32.6 3.35 2.8×106 4.8 200

长征四号 41.9 3.35 3×106 1.25 同步轨道

第一章 世界航天发展简史

探索浩瀚的宇宙,是人类千百年来的美好梦想。我国在远古时就有嫦娥奔月的神话。公元前1700年,我国有"顺风飞车,日行万里"之说,还绘制了飞车腾云驾雾的想像图。外国也有许多有关月亮的美好传说。

自从1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星上天以来,到1990年12月底,前苏联、美国、法国、中国、日本、印度、以色列和英国等国家以及欧洲航天局先后研制出约80种运载火箭,修建了10多个大型航天发射场,建立了完善的地球测控网,世界各国和地区先后发射成功4127个航天器。其中包括3875个各类卫星,141个载人航天器,111个空间探测器,几十个应用卫星系统投入运行。目前航天员在太空的持续飞行时间长达438天,有12名航天员踏上月球。空间探测器的探测活动大大更新了有关空间物理和空间天文方面的知识。到上世纪末,已有5000多个航天器上天。有一百多个国家和地区开展航天活动,利用航天技术成果,或制定了本国航天活动计划。航天活动成为国民经济和军事部门的重要组成部分。

航天技术是现代科学技术的结晶,它以基础科学和技术科学为基础,汇集了20世纪许多工程技术的新成就。力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学等对航天技术的发展起了重要作用。这些科学技术在航天应用中互相交叉和渗透,产生了一些新学科,使航天科学技术形成了完整的体系。航天技术不断提出的新要求,又促进了科学技术的进步。

一、 火箭技术

火箭技术推动了人类航天发展的历史。

火药是中国古代的四大发明之一,火箭是在火药发明之后中国人发明的。早在公元1000年宋朝唐福献应用火箭原理制成了战争武器,13世纪初传到外国。传说在14世纪末,中国有个学者万户在坐椅背后安装47支当时最大的火箭,两手各持大风筝,试图借助火箭的推力和风筝的升力升空。但是一声爆炸之后,只见烟雾弥漫,碎片纷飞,人也找不见了。为纪念这位世界上第一个试验火箭飞行的勇士,月球表面东方海附近的一个环形山以万户命名。18世纪,印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国人康格雷对印度火箭作了改进。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公里。这些初期火箭的原理成了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发展起来,先驱者的代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基,美国人戈达德和德国奥伯特。

齐奥尔科夫斯基毕生从事火箭技术和航天飞行的研究。在他的经典著作中,对火箭飞行的思想进行了深刻的论证,最早从理论上证明用多级火箭可以克服地心引力进入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程,奠定了理论基础。他首先提出了使用液体推进剂火箭的倡议,经过了短短的30年就实现了。他预想到现代火箭的真实结构,并论述了关于液氢-液氧作为推进剂用于火箭的可靠性,设想用新的燃料(原子核分解的能量)来作火箭的动力。他具体地阐明了用火箭进行航天飞行的条件,火箭由地面起飞的条件,人造地球卫星及实现飞向其他行星所必须设置中间站的设想。他还提出过许多的技术建议,如建议用燃气舵控制火箭,用泵来强制输送推进剂,以及用仪器自动控制火箭等,都对现代火箭和航天飞行的发展起了巨大的作用。

戈达德博士在1010年开始进行近代火箭的研究工作。他在1919年的论文中提出了火箭飞行的数学原理,指出火箭必须具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他认识到液体推进剂火箭具有极大的潜力,1926年3月他成功在研制和发射了世界上第一枚液体推进剂火箭,飞行速度103km/h,上升高度12.5米,飞行距离56米。

奥伯特教授在他1923年出版的书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理,而且还说明火箭只要能产生足够的推力,便能绕地球轨道飞行。同齐奥尔科夫斯基和戈达德一样,他也对许多种推进剂的组合进行了广泛的研究。

真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭,飞行高度达3公里。1942年10月发射成功V-2火箭(A4型),飞行高度85公里,飞行距离190公里。V-2火箭的发射成功,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。

1945年5月,第二次世界大战德国战败,前苏联俘虏部分德国火箭技术人员,缴获了几枚V-2火箭和有关技术资料。在此基础上,1947年前苏联仿制V-2火箭成功。1948年自行设计了P-1 火箭,射程达300公里。1950年和1955年又先后研制成P-2和P-3火箭,射程分别达到500公里和1750公里。1957年8月,成功发射两级液体洲际导dP-7,射程8000公里,经过改装的P-7于1957年10月4日,发射成功世界上第一颗人造地球卫?quot人造地球卫星1号",从而揭开了现代火箭技术新的一页。前苏联由于发射多种航天器的需要,先后研制成功"东方"号、"联盟"号、"宇宙"号、"质子"号、"能源"号等多种型号的运载火箭,可将100多吨的有效载荷送入近地轨道。

二战后,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,1949年开始研究"红石"d道导d,1954年制定人造卫星计划,1958年2月1日"丘辟特"C火箭成功发射美国第一颗人造卫星,美国为发射多种航天器的需要,先后研制成功"先锋"号、"丘诺"号?quot红石"号、"侦察兵"号、"大力神"号和"土星"号等运载火箭。

中国于1960年11月5日第一枚近程火箭发射试验成功。我国有"长征"号(CZ)系列运载火箭,主要有CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4四种基本型运载火箭和CZ-1D、C(CZ-2C)、CZ-2C/SD、CZ-2D、CZ-2E、CZ-2F、CZ-3A、CZ-3B、CZ-4B等几种改进型。

1990年4月7日,中国CZ-3 运载火箭发射成功美国制造的"亚洲一号"卫星。长征火箭成功地进入了国际商业发射卫星的行列,至今已将27颗外国卫星发射上天。

法国从50年代开始自行研制探空火箭和导d,并在此基础上研制"钻石"号运载火箭。1965年11月至1967年2月,法国"钻石"号火箭将A-1、D-1人造卫星送入太空。法国积极推动西欧国家联合发展欧洲航天事业,它是欧洲空间局的主要成员国,并承担"阿里安"号运载火箭的大部份研制工作。

欧空局正式成员国有比利时、丹麦、法国、联邦德国、爱尔兰、意大利、荷兰、西班牙、瑞典和英国;非正式成员国有奥地利和挪威;加拿大为观察员国。由欧空局研制的"阿里安"1号运载火箭于1979年12月24日首次发射成功。迄今已研制有"阿里安"1-5号五种基本型和多种改进型火箭。"阿里安"4号为欧空局主要运载工具,至今已发射80余次,失败7次,成功率在世界商用卫星运载工具中名列前茅。

日本自1963年开始研制"谬"系列固体运载火箭,共有4代。1970年日本宇宙开发事业团决定引进美国"德尔它"号运载火箭技术,以发展本国的N号运载火箭。1975年9月,日本首次用N-1火箭成功地发射了"菊花"1号技术试验卫星。1994年试验成功带有氢氧燃料装置的N-2火箭。印度自行研制成功运载火箭系列SLV,ASLV,PSLV和GSLV。2001年4月同步轨道卫星运载火箭GSLV发射成功。

此外,还有英国、意大利、加拿大、印度、巴西、以色列、韩国、朝鲜等国均有利用本国制造或租用他国运载火箭来发射人造卫星的能力。

卫星发展史

第一章 世界航天发展简史

探索浩瀚的宇宙,是人类千百年来的美好梦想。我国在远古时就有嫦娥奔月的神话。公元前1700年,我国有"顺风飞车,日行万里"之说,还绘制了飞车腾云驾雾的想像图。外国也有许多有关月亮的美好传说。

自从1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星上天以来,到1990年12月底,前苏联、美国、法国、中国、日本、印度、以色列和英国等国家以及欧洲航天局先后研制出约80种运载火箭,修建了10多个大型航天发射场,建立了完善的地球测控网,世界各国和地区先后发射成功4127个航天器。其中包括3875个各类卫星,141个载人航天器,111个空间探测器,几十个应用卫星系统投入运行。目前航天员在太空的持续飞行时间长达438天,有12名航天员踏上月球。空间探测器的探测活动大大更新了有关空间物理和空间天文方面的知识。到上世纪末,已有5000多个航天器上天。有一百多个国家和地区开展航天活动,利用航天技术成果,或制定了本国航天活动计划。航天活动成为国民经济和军事部门的重要组成部分。

航天技术是现代科学技术的结晶,它以基础科学和技术科学为基础,汇集了20世纪许多工程技术的新成就。力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学等对航天技术的发展起了重要作用。这些科学技术在航天应用中互相交叉和渗透,产生了一些新学科,使航天科学技术形成了完整的体系。航天技术不断提出的新要求,又促进了科学技术的进步。

一、 火箭技术

火箭技术推动了人类航天发展的历史。

火药是中国古代的四大发明之一,火箭是在火药发明之后中国人发明的。早在公元1000年宋朝唐福献应用火箭原理制成了战争武器,13世纪初传到外国。传说在14世纪末,中国有个学者万户在坐椅背后安装47支当时最大的火箭,两手各持大风筝,试图借助火箭的推力和风筝的升力升空。但是一声爆炸之后,只见烟雾弥漫,碎片纷飞,人也找不见了。为纪念这位世界上第一个试验火箭飞行的勇士,月球表面东方海附近的一个环形山以万户命名。18世纪,印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国人康格雷对印度火箭作了改进。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公里。这些初期火箭的原理成了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发展起来,先驱者的代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基,美国人戈达德和德国奥伯特。

齐奥尔科夫斯基毕生从事火箭技术和航天飞行的研究。在他的经典著作中,对火箭飞行的思想进行了深刻的论证,最早从理论上证明用多级火箭可以克服地心引力进入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程,奠定了理论基础。他首先提出了使用液体推进剂火箭的倡议,经过了短短的30年就实现了。他预想到现代火箭的真实结构,并论述了关于液氢-液氧作为推进剂用于火箭的可靠性,设想用新的燃料(原子核分解的能量)来作火箭的动力。他具体地阐明了用火箭进行航天飞行的条件,火箭由地面起飞的条件,人造地球卫星及实现飞向其他行星所必须设置中间站的设想。他还提出过许多的技术建议,如建议用燃气舵控制火箭,用泵来强制输送推进剂,以及用仪器自动控制火箭等,都对现代火箭和航天飞行的发展起了巨大的作用。

戈达德博士在1010年开始进行近代火箭的研究工作。他在1919年的论文中提出了火箭飞行的数学原理,指出火箭必须具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他认识到液体推进剂火箭具有极大的潜力,1926年3月他成功在研制和发射了世界上第一枚液体推进剂火箭,飞行速度103km/h,上升高度12.5米,飞行距离56米。

奥伯特教授在他1923年出版的书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理,而且还说明火箭只要能产生足够的推力,便能绕地球轨道飞行。同齐奥尔科夫斯基和戈达德一样,他也对许多种推进剂的组合进行了广泛的研究。

真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭,飞行高度达3公里。1942年10月发射成功V-2火箭(A4型),飞行高度85公里,飞行距离190公里。V-2火箭的发射成功,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。

1945年5月,第二次世界大战德国战败,前苏联俘虏部分德国火箭技术人员,缴获了几枚V-2火箭和有关技术资料。在此基础上,1947年前苏联仿制V-2火箭成功。1948年自行设计了P-1 火箭,射程达300公里。1950年和1955年又先后研制成P-2和P-3火箭,射程分别达到500公里和1750公里。1957年8月,成功发射两级液体洲际导dP-7,射程8000公里,经过改装的P-7于1957年10月4日,发射成功世界上第一颗人造地球卫?quot人造地球卫星1号",从而揭开了现代火箭技术新的一页。前苏联由于发射多种航天器的需要,先后研制成功"东方"号、"联盟"号、"宇宙"号、"质子"号、"能源"号等多种型号的运载火箭,可将100多吨的有效载荷送入近地轨道。

二战后,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,1949年开始研究"红石"d道导d,1954年制定人造卫星计划,1958年2月1日"丘辟特"C火箭成功发射美国第一颗人造卫星,美国为发射多种航天器的需要,先后研制成功"先锋"号、"丘诺"号?quot红石"号、"侦察兵"号、"大力神"号和"土星"号等运载火箭。

中国于1960年11月5日第一枚近程火箭发射试验成功。我国有"长征"号(CZ)系列运载火箭,主要有CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4四种基本型运载火箭和CZ-1D、C(CZ-2C)、CZ-2C/SD、CZ-2D、CZ-2E、CZ-2F、CZ-3A、CZ-3B、CZ-4B等几种改进型。

1990年4月7日,中国CZ-3 运载火箭发射成功美国制造的"亚洲一号"卫星。长征火箭成功地进入了国际商业发射卫星的行列,至今已将27颗外国卫星发射上天。

法国从50年代开始自行研制探空火箭和导d,并在此基础上研制"钻石"号运载火箭。1965年11月至1967年2月,法国"钻石"号火箭将A-1、D-1人造卫星送入太空。法国积极推动西欧国家联合发展欧洲航天事业,它是欧洲空间局的主要成员国,并承担"阿里安"号运载火箭的大部份研制工作。

欧空局正式成员国有比利时、丹麦、法国、联邦德国、爱尔兰、意大利、荷兰、西班牙、瑞典和英国;非正式成员国有奥地利和挪威;加拿大为观察员国。由欧空局研制的"阿里安"1号运载火箭于1979年12月24日首次发射成功。迄今已研制有"阿里安"1-5号五种基本型和多种改进型火箭。"阿里安"4号为欧空局主要运载工具,至今已发射80余次,失败7次,成功率在世界商用卫星运载工具中名列前茅。

日本自1963年开始研制"谬"系列固体运载火箭,共有4代。1970年日本宇宙开发事业团决定引进美国"德尔它"号运载火箭技术,以发展本国的N号运载火箭。1975年9月,日本首次用N-1火箭成功地发射了"菊花"1号技术试验卫星。1994年试验成功带有氢氧燃料装置的N-2火箭。印度自行研制成功运载火箭系列SLV,ASLV,PSLV和GSLV。2001年4月同步轨道卫星运载火箭GSLV发射成功。

此外,还有英国、意大利、加拿大、印度、巴西、以色列、韩国、朝鲜等国均有利用本国制造或租用他国运载火箭来发射人造卫星的能力。

二、卫星时代

人造地球卫星的计划设想早在1945年就在美国出现,美海军航空局已着手研究一种把科学仪器送入太空的卫星,次年美国陆军航空局在审?quot兰德计划"的一项类似的研究报告中,就有"实验性环球空间飞行器"的初步设计。随着现代科学技术和一系列大功率运载火箭的发展,为人造地球卫星的研制和发射打下了坚实的基础。

1957年10月4日,前苏联用"卫星"号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入太空,卫星呈球形,外径0.58米,外伸4根条形天线,重83.6公斤,卫星在天上正常工作了三个月。同年11月3日,前苏联发射了第二颗卫星,卫星呈圆锥形,重508.3公斤,这是一颗生物卫星,除了利用小狗"莱伊卡"作生物试验外,还有于探测太阳紫外线,X射线和宇宙线。按照今天的标准衡量,前苏联的第一颗卫星只不过是一个伸展开发射机天线的圆球,但它却是世界第一个人造天体,把人类几千年的梦想变成现实,为人类开创了航天新纪元。

人造地球卫星出现之后,60年代前苏联和美国发射了大量的科学实验卫星、技术实验卫星和各类应用卫星。70年代军、民用卫星全面进入应用阶段,并向侦察、通信、导航、预警、气象、测地、海洋和地球资源等专门化方向发展。同时各类卫星亦向多用途、长寿命、高可靠性和低成本方向发展。80年代后期新起的单一功能的微型化、小型化卫星是卫星发展上的新动向,这类重量轻、成本低、研制周期短、见效快的小型卫星将是未来卫星的一支生力军。除美、苏外,中国、欧洲航天局、日本、印度、加拿大、巴西、印尼、巴基斯坦等国都拥有自己研制的卫星。

为什么经过短短的三十多年,航天活动取得了如此迅速的发展呢?除了美、苏搞空间军备竞赛发射了大量的军事应用卫星外,主要是人类一开始就非常重视航天技术的应用。航天活动大大扩大了人类知识宝库和物质资源、给人类日常生活带来了重大的影响和巨大的经济效益。航天活动大大推动了现代科学技术和现代工农业的向前发展。

三、空间探测

空间探测的主要目的是:了解太阳系的起源、演变和现状;通过对太阳系内的各主要行星及其卫星的比较研究进一步认识地球环境的形成和演变;了解太阳系的变化历史;探索生命的起源和演变。空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测,开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。

月球探测:月球是地球的唯一的天然卫星,自然成为空间探测的第一个目标。直接考察月球有助于更好地了解地-月系统的起源,月球是未来航天飞行理想的中间站和人类进入太阳系空间的第一个定居点。

美国和前苏联自1958年至1976年8月共发射过83个无人月球探测器,其中美国36个,前苏联47个。此后,美、苏再也没有发射过无人月球探测器。1990年1月日本发射了一颗月球探测器,成为第三个向月球发射探测器的国家。探测器由两部分组成,一部分(182公斤)进入大椭圆轨道,在地-月系统中飞行,另一部分(11公斤)在月球轨道上飞行。日本还计划在1996年2月发射一颗重550公斤(含推进剂190公斤)的月球-A探测器。

月球探测已经实现的主要方式有:(1)在月球近旁飞过或在其表面硬着陆,利用这个过程的短暂时间探测月球周围环境和拍摄月球照片;(2)以月球卫星的方式获取信息,其特点是探测时间长并能获取较全面的资料;(3)在月球软着陆,可拍摄局部地区的高分辨率照片和进行月面土壤分析。

1999年7月31日,为了确证月球上到底有没有冰,美国"月球"勘探者号进行了飞行器撞击月球实验。

行星和行星际探测 人类长期借助于天文望远镜观测行星表面的细节,发现了土星光环、木星卫星和天王星;运用万有引力定律陆续发现了海王星和冥王星;借助于近代照相术、分光术和光度测量技术对行星表面的物理特性和化学组成有了一定的认识。然而人们在地面隔着大气层观测行星,已经不能满足对行星的深入研究。行星和行星际探测器为行星和行星际空间的研究提供了新的手段。

自1960年至1978年美、苏和西德共发射了63个行星和行星际探测器,其中美国23个,前苏联38个,西德2个。采用的探测方式有:(1)从行星附近飞过拍摄照片,测定它们的辐射和磁场;(2)在行星表面硬着陆,直接探测行星大气;(3)绕行星飞行,成为行星的人造卫星;(4)在行星上软着陆,对行星表面进行细致的分析和探测。1960年3月发射了第一个行星际探测器"先驱者"5号,进入了一条0.8~1.0天文单位的椭圆日心轨道,测量了行星际磁场、行星际粒子和太阳风,探测表明太阳风像喷水池螺旋形喷水图形;发现地球磁场在向着太阳的一面被太阳风压缩,另一面至少延伸到500万公里远。1962年8月发射的"水手"2号成功地飞过金星,发现金星没有磁场和辐射带。1970年8月发射的"金星"7号第一次降落金星表面,探测表明金星表面温度为475℃,压力为90±15个大气压。多次探测表明金星有稠密的大气层和厚厚的云层和频繁的闪电,发现金星大气中二氧化碳占97%,氮气占1%~3%,,水气占0.1%~0.4%。1964年11月发射的"水手"4号飞过火星,探测表明火星没有辐射带和磁场,测量到火星电离层的特性和大气密度垂直分布,火星表面大气压不到海平面大气压的百分之一,照片表明火星上的环形山与月球相似。1975年8月发射的"海盗"1号第一次在火星上着陆成功,探测表面火星大气中尘土含量很高,火星大气本身二氧化碳占95%,氮占2.7%,还有微量的氩、氧和水汽;对火星土壤分析表明,硅占15%~20%,铁占4%,还有少量的钙、铝、硫、钛、镁、铯和钾。1973年11月发射的"水手"10号,同水星相会的探测表明,水星有极稀薄的含有微量氩、氖和氦的大气,只有地球大气的一万亿分之一;水星表面温度在510℃~-210℃之间;水星有磁场,强度是地球磁场强度的百分之一,照片表明水星有密密麻麻环形山。1972年2月和1973年4月发射的"先驱者"10号和11号发现木星的辐射带强度是地球辐射带强度的10000倍,而且它的脉动磁场延伸到土星附近,发回了木星和土星云量的图像,有关土星主外光环很有价值的资料,它们通过小行星带时没有受到损害,它们最终将飞出太阳系进入恒星际空间,它们带有会被地外文明世界理解的信息牌。

为了探索宇宙的奥秘,美欧联合研制的"哈勃空间望远镜"于1990年4月发射升空,这项计划获得了巨大的成功,十年间进行了10多万次的天文观测,观测了大约13670个天体,向地球发回了黑洞、衰亡中的恒星、宇宙诞生早期的"原始星系"、慧星撞击木星以及遥远星系等许多壮观图像,为近2600篇科学论文提供了依据。这是人类空间天文观测工作的一个里程碑。

1997年7月4日,美国"探路者"号火星探测器在火星表面安全着陆,并释放出一辆火星?quot漫游者"号,第一次拍摄到火星的彩色三维立体图像,传回地球大量的火星表面的照片。

四、载人航天

载人航天在航天活动中占有重要位置。尽管航天器携带装置精确、灵敏度高、能自动观察、 *** 作、储存、处理数据,但它们不能代替人的思维。初期载人航天器一方面研究航天技术,另一方面进行生物学和医学试验,研究航天员在长期失重条件下的反应,航天员在密闭舱中的工作能力,航天器对接时和走出航天器时的人的生理反应。

前苏联自1961年4月到1970年9月共发射了17艘载人飞船("东方"号6艘、"上升"号2艘?quot联盟"号9艘)。1965年3月航天员在"上升"号上第一次走出飞船,1966年1月两艘"联盟"号飞船第一次在轨道上交会对接,并实现两个航天员从一艘飞船向另一艘飞船转移。1971年到1982年发射了7艘重量为18~20吨的"礼炮"号空间站,截至1985年还发射了27艘载人飞船("联盟"T号、TM号)和25艘无人飞船("进步"号)用作天地往返运输系统。1986年发射了"和平"号空间站,这是未来永久性空间站的核心舱,将于90年代建成由7个舱组成的大型空间站。俄罗斯计划21世纪前期发射无人和载人火星飞船以及建立载人月球基地。设计寿命为五年的"和平号"空间站运行了十五年,于2001年3月23日13时59分安全地坠落在南太平洋海域。

美国自1961年5月至1966年11月发射了16艘载人飞船("水星"和"双子星座")。"水星"和"双子星座"计划是载人登月飞行目标"阿波罗"计划的头两个阶段。1965年6月"双子星座"飞船上的航天员第一次步入太空,1966年3月"双子星座"-8号和"阿金纳"飞行器在轨道上第一次成功地实现对接,此后,"双子星座"飞船系统进行过多次交会和对接。1967年至1972年共发射了14次"阿波罗"飞船(其中3次无人飞行,3次载人绕月飞行,6次载人登月飞行,12名航天员登上月球)。1973年发射了"天空实验室"并和"阿波罗"飞船进行过对接。1969年尼克松政府宣布70年代研制载人航天飞机,1984年里根政府宣布90年代建立永久性载人空间站。

1993年9月美俄二国达成协议,合作建造一个有16国参加的国际空间站,2006年完成。2001年5月,美国宇航发烧友蒂托进入国际空间站俄罗斯舱遨游8天,成为地球旅客航天游第一人。

另一方面,美国和俄罗斯关于载人火星飞行的计划正在悄悄进行之中。二、三十年以后,人类就可能登上红色的行星--火星。

1999年11月20日,长征二号乙火箭发射"神舟号"无人试验飞船上天,11月21日飞船顺利回收,我国航天技术实现了历史性的跨越。中国航天员遨游宇宙的日子已经不远了。

第二章 中国航天发展简史

一、 中国是火药和火箭的故乡

自古以来,人类就向往着飞向太空,遨游宇宙。这个美好的理想,到了二十世纪五十年代才变成现实。一九五七年苏联第一颗人造地球卫星上天,揭开了航天活动的序幕。

这以后的二十多年中,世界各国把数以千计的各种航天器送往宇宙空间,航天技术迅速从科学技术试验进入实用和商品化阶段,它在经济、科学、文化、军事上取得的巨大社会效益,使航天工业成为世界上发展最快的新兴产业之一。

我们伟大祖国,是世界四大文明古国之一。我国古代发明的指南针、造纸、印刷术、火药,对世界文明产生了深远的影响。中国,还是古代火箭的故乡。在宋朝,我国就制成了用火药推进的世界上最早的火箭。

我国古代火箭的推进系统,是在竹筒或纸筒中装满火药,筒上端封闭,下端开口,筒侧小孔引出药线。点火后,火药在筒中燃烧,产生大量气体,高速向后喷射,产生向前推力。这就是现代火箭发动机的雏型。作为武器用的古代火箭,箭杆的顶端装有箭头,起杀伤作用;尾端装有箭羽,起稳定飞行作用。这种古代火箭的工作原理和基本结构,为现代火箭的设计和制造,提供了宝贵的启示。

我国明朝发明的一种武器“一窝蜂”火箭,一次能发射32支火箭,杀伤力较大,当时已经用于战争。明朝发明的另一种用于水战的武器“火龙出水”,达到了更高的技术水平。“火龙”有龙身、龙头和龙尾。龙体内装有神机火箭数枚,龙体外周装有4个火药筒。发射时,先点燃龙体外的4个火药筒,推进“火龙”飞行,继而点燃龙体内的数枚火箭再度加速。通过多枚火箭联用和“两级”火箭接力。火箭可在水面上飞行数里远。我国古代这种“多能”火箭的设计思想,是很富有创见的。几百年后,俄国科学家齐奥尔科夫斯基提出了火箭列车原理,建立了现代多级火箭的理论基础。这说明,现代火箭技术渊源于古代火箭。在人类漫长的航天征途中,古代火箭占有重要的历史地位。

在我国古代,不仅有嫦娥奔月的美丽神话,有《山海经》、《帝王世纪》上记载的“飞人”、“飞车”的传说,而且有勇于试验空中飞行的开拓者。据传,在明朝(十四世纪末),有一位称“万户”的学者,用几十支火箭捆绑在椅子后面,自已坐在椅子上,手拿两个大风筝,叫人把火箭点燃,使自己飞上天去。“万户”的试验虽然失败了,但他表现了惊人的胆略和非凡的预见。为了纪念这位世界上火箭飞行的先驱,苏联科学家把月球背面的一个环形山命名为“万户火山口”。

我国古代火药、火箭技术的发展,其时间之早,技艺之高,在世界各国遥遥领先。十三世纪之后,随着商船的往来和蒙古族的西征,火药、火箭技术才逐渐传入欧洲,并对后来西方的文明与进步产生了深远的影响。二十世纪初,在欧美科学家的努力下,现代火箭技术在理论上有了重大突破。当苏、美开始发展导d、火箭技术的时候,处在战争状态下的旧中国,战火连年,国民经济遭到严重破坏,千疮百孔。科学技术力量十分薄弱,人员研究场所、设备、仪器和资金极端缺乏,一些新发展的科学技术完全无法进行。对于发展现代火箭技术,更无从谈起,总而言之在尖端技术方面,旧中国给我们留下的完全是一张白纸。

新中国的诞生,社会主义制度的建立,为我国科学技术的发展开辟了广阔的道路。

自一九五六年以来,我国人民在中国共产常的领导下,坚持自力更生,艰苦奋斗,创建和发展了自己的航天事业,取得了举世瞩目的成就。它充分体现了中国人民自立于世界民族之林的志气和能力。

二、 新中国航天事业的创立和发展

在五十年代中期,根据国防建设的需要,党中央、国务院决定发展我国的导d事业,并以国防科研、工业机构为主,重点发展d道式地地导d,以建立我国独立的战略反击力量,也为发展运载火箭技术打下物质技术基础。另一方面,以中国科学院为主,首先以研制探空火箭开路,开展高空探测活动,同时开展人造地球卫星有关单项技术的研究和测量、试验设备的研制,为发展我国航天器技术和地面测控技术作了准备。到了六十年代中期,随着我国第一颗人造卫星及其运载火箭研制工作的全面开展,这两条战线的工作开始结合起来,整个航天工程体系集中到国防科研、工业部门,在国家的统一规划、统一指挥下,航天技术便以更大的规模、更快的速度向前发展。

(一) 下决心发展火箭技术

五十年代,世界上几个主要大国已经进入了所谓“原子时代”和“喷气时代”,航天技术也进入了一个新的发展时期,而当时我国还处在帝国主义的封锁、包围和威胁之下。我们要不受人欺负,就必须拥有现代化的武器装备。我们这样一个大国,靠购买武器来支撑国防是不可能的,而且也摆脱不了受制于人的被动局面。因此,在制定十二年科学规划中,国家把国防现代化建设摆在突出的地位,把火箭和喷气技术、电子计算机等列为国家的重点发展项目。毛泽东主席、周恩来总理和其他中央领导人,专门听取了我国一些著名科学家的意见。如一九五六年四月,周恩来总理曾主持中央军委会议,听取了刚回国不久的火箭专家钱学森关于在我国发展导d技术的规划设想。党中央果断作出了发展导d技术的决策。一九五六年四月,国家成立了航空工业委员会(简称航委),聂荣臻任主任,黄克诚、赵尔陆任副主任,王士光、王净、安东、刘亚楼、李强、钱志道、钱学森等为委员,负责领导我国导d和航空事业的发展建设。五月,周恩来总理主持中央军委会议,讨论了聂荣臻主任代表航委提出的《建立我国导d研究工作的初步意见》,确定由航委负责组建国防部导d管理局(国防部第五局)和导d研究院(国防部第五研究院)。

一九五六年十月八日,我国第一个导d研究机构——国防部第五研究院(简称国防部五院,钱学森任院长),正式宣布成立。这是我国导d、航天事业奠基的历史性纪念日。

国防部五院成立之后,我国导d、火箭技术究竟选择一条什么样的发展道路,聂荣臻副总理在向中央的报告中指出:我国导d的研究,采取“自力更生为主,力争外援和利用资本主义国家已有的科学成果”的方针。一九五六年十月十七日,毛泽东主席、周恩来总理批准了这个方针。这就是国防部五院的建院方针。三十年中,在这个方针的指引下,我国导d、航天事业战胜了重重困难,不断发展壮大,走出了一条适合我国国情的发展道路。

为了缩短我国导d技术起步阶段的摸索过程,我国政府曾就建立和发展我国导d技术同苏联政府举行谈判,苏方只同意接收50名火箭专业留学生和提供两发供教学用的P-1模型导d(即苏联仿制的德国V-2导d),以及相关的资料和设备,也派来专家。大多数苏联专家热情帮助,在导d的仿制和研制基地建设中做了大量有益的工作,起了积极的促进作用。1960年,中苏关系恶化,赫鲁晓夫背信弃义,撕毁合同,撤走全部专家。但这更激起了我国导d研制人员自力更生、奋发图强的精神,做好仿制P-2导d的工作。

1960年9月,在祖国的地平线上,飞起了我国自己制造的第一枚导d。这是我国运载工具史上一个重要的转折点。从此,中国有了自己的近程导d。这是打基础、上水平的阶段。六十年代中期,航天事业在奠定基础之后,进入了从仿制到自行研制,从初级向高级发展的阶段。

一九六四年六月,我国第一个自行设计的中近程火箭成功地进行了发射试验,揭开了我国导d、火箭发展史上新的一页。一九六六年十月,用我国独立设计生产的中近程导d投掷国产原子d,进行两d结合试验,获得圆满成功,标志着我国导d核武器的发展进入成熟阶段。

在我国自行设计的中近程导d试验成功之后,我们不失时机地展开多种新型火箭的研制,突破了很多关键性技术。一九七O年、一九七一年,我国独立研制的两级中远程火箭和第一枚远程火箭相继进行飞行试验,取得基本成功。八十年代第一个年头的春天,我国的远程火箭从西北导d发射基地呼啸而起,划破万里长空,准时正点精确命中南太平洋海域目标。这次发射的圆满成功,标志着我国大型液体燃料火箭技术已经达到国际水平。

与此同时,我国固体燃料火箭的研制也在迅速进展。一九八二年十月,我国首次成功地进行潜艇水下发射固体燃料火箭。一九八八年九月,我国又成功地进行了一次核潜艇水下发射固体火箭的试验。在公海上进行的这两次成功发射表明,我国现代火箭技术取得重大突破,产生了一个质的飞跃。潜艇水平发射火箭技术是近年来发展起来的一项新技术。目前世界上只有少数几个国家掌握了这种新技术。另一方面


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