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第9章 飞向宇宙的“推手”——火箭(4)

“阿里亚娜3”号火箭

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。

“阿里亚娜4”号火箭

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。

“阿里亚娜5”号火箭

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。

中国著名的运载火箭系列

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”系列运载火箭介绍

“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。

中国“长征4”号火箭发射图“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。

火箭级数

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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