世界各国运载火箭的发展

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世界各国运载火箭的发展

发展航天飞行的运载火箭，无疑是20世纪航天史上最重大的成就之一。自1957年10月4日，前苏联用“SS－6”洲际导弹改装成运载火箭将世界上第一颗人造地球卫星送入近地轨道，从此运载火箭作为航天运载工具正式登上历史舞台以来，前苏联、美国、法国、日本、欧盟等国家和地区竞相发展运载火箭，迄今已形成能适应各种航天发射需求的若干系列，并已走过它的两个里程碑。

第一个里程碑：用导弹改装

在运载工具的研制方面，最发达的国家是前苏联、美国、法国、中国、日本和印度。这些国家在运载工具的发展初期，为了抢时间，几乎都采用同一种发展模式，即用导弹稍加改装，使其适应不同卫星的发射需要。这个思路，首先是由前苏联的第一位航天总设计师卡拉廖夫提出来的。如前苏联第展一枚运载火箭，实际上只是将“SS－6”洲际导弹的弹头改换成卫星，火箭全长29.2米，最大外径10.3米，起飞重量269吨，起飞推力3900千牛，这是当时世界上最大的运载火箭。

后来，将这种运载火箭作为芯级在其外侧捆绑4个助推器，而分别形成发射卫星和发射前苏联最早的3个“月球号”宇宙探测器的“卫星”型和“宇宙”型两级运载火箭系列。

在此基础上，再在芯级火箭的上面，装上一个具有不同推力的第三级火箭，又形成发射“东方号”飞船和“上升号”飞船用的“东方型”三级运载火箭系列。前苏联在20世纪60年代继“东方”型运载火箭之后还发展了一种“联盟”型三级运载火箭系列，起飞重量310吨，其进入近地轨道的最大有效载荷达到7吨。

从1966年起，前苏联利用“联盟”型运载火箭先后发射了“宇宙号”系列的部分人造地球卫星，“联盟号”和“联盟T号”飞船以及“进步号”货运飞船。后来，在“联盟”型运载火箭基础上再增加一个推力为67千牛的液体火箭发动机作为第4级，即形成“闪电号”运载火箭，先后发射了“月球—4”至“月球—14”，“闪电”、“探测器—1”到“探测器—3”、“火星—1”，以及“金星—1”到“金星—8”等宇宙探测器。

“雷神”是美国的一种地地中程导弹，长19.8米，弹径2.44米，射程2400~3200公里。“雷神”导弹于1963年4月退役后，被用作运载火箭的第一级（芯级），下部捆绑固体助推器，顶部串联不同的上面级，先后发展过20多个型号，形成了一个较完整的运载火箭系列。

“宇宙神”是美国最早发展的一种液体洲际弹道导弹，射程l.8万公里以上，总推力为l.7兆牛顿（176吨力）。1959年装备部队，1965年被“民兵”洲际导弹取代后被用作运载火箭的芯级，与不同的上面级组合形成运载火箭系列。

“大力神”导弹是美国的另一种液体洲际弹道导弹，它的研制时间比“宇宙神”晚一年多。共发展了两种型号：“大力神5”射程11700公里，1962年4月装备部队，1965年全部退役。“大力神2”射程13400公里，1963年开始装备部队，直到1987年才全部退役。退役后也被改装成运载火箭系列。

第二个里程碑：研制新型火箭

20世纪60年代，前苏联为了发射“礼炮号”轨道站，专门研制了一种“质子号”运载火箭。这是一种串并联式的多级运载火箭，第一级安装6台单燃烧室液体火箭发动机，总推力达9兆牛。第二级为4台每台推力为6兆牛的单燃烧室液体火箭发动机。第三级除一台同类型的液体火箭发动机外，还安装了一台操舵液体火箭发动机，它有4个旋转室，可操纵末级的飞行方向及其姿态控制。

前苏联专家认为，该火箭的总体布局各级的发动机装置结构以及箭上各系统均采用了前苏联火箭制造业的先进成果，因而运载火箭的使用性能优于同级的美国“土星1B”。

“质子号”运载火箭于1965年投入使用以来，除发射“礼炮号”轨道站外，还成功地发射了“质子—4号”宇宙飞船。后来在3级运载火箭基础上，又加了一级推力为83千牛的第4级，曾将“探测器—4号”至“探测器—8号”、“月球—15号”至“月球—24号”、“金星—9号”至“金星—16号”、“火星—2号”至“火星—7号”等探测器，以及“虹”、“荧光屏”、“地平线”、“宇宙号”等系列卫星送入太空。

从发射的结果来看，“质子号”称得上是一种具有高可靠性的、有多种发射功能的运载工具，成功率约为93%。现已成为一种为商业性服务的运载火箭。

20世纪70年代，前苏联为发射“暴风雪号”航天飞机，专门研制“能源号”运载火箭。这是一种两级重型运载火箭（由于这两级在起飞时同时点火，故又称一级半）。

第一级由4个捆绑助推器组成，推进剂为液氧/煤油。由于这种两级“能源号”火箭只能把重型有效载荷送入低地球轨道（芯级只能作亚轨道飞行），要把有效载荷送入高地球轨道或逃逸轨道还需再加一级，所以研制了两种新的辅助级，即上面级（EUS）及制动和修正级（RCS）。

这两种辅助级是单独使用还是一起使用，取决于执行的任务。正是由于“能源号”采取了积木式的设计，它既具有发射大型低轨道有效载荷（105吨）和航天飞机的能力，又具有将10吨以上有效载荷送入地球同步轨道或飞往月球和行星轨道的能力。其中，同步轨道运载能力约为18吨，月球轨道运载能力为32吨，火星和金星轨道的运载能力为28吨。

1988年11月15日“能源号”火箭成功地将“暴风雪号”不载人航天飞机送入亚轨道，在160公里高度上启动航天飞机上的发动机，将“暴风雪号”助推到入轨速度，然后机上发动机再次启动，把“暴风雪号”送上250公里的圆形轨道。迄今为止，“能源号”是世界上运载能力最大的火箭。

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