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能则会下降,因为每级火箭实际上都是一个相对独立的系统,各自都包括箭体结构,发动机以及其它辅助操纵控制系统,这就使操作程序和设计变得十分复杂。而分离已用过的火箭级,并启动上面一级的火箭发动机,也并不是一个简单的过程。

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今天,许多运载火箭采用了串联加并联的混合式多级火箭技术。方法是在第一级火箭的外围装上一枚或更多的助推火箭,这种火箭称为捆绑式助推火箭,或零级火箭。它们通常和第一级火箭发动机同时推进,产生更大的推力,以帮助火箭在飞行的最初几分钟加速。这些助推火箭的推进剂一旦烧完,爆炸螺栓即可将其从第一级中分离出去。助推火箭的数量可根据运载能力的需要来选择,在火箭周围捆绑时要对称排列。常见的组合是,采用两到三级的串联是液体火箭,在第一级捆绑几枚固体助推火箭。现有的大多数火箭都超过了30米。

火箭学:从发射到入轨

运载火箭是从发射台上开始它的旅程的,发射台上矗立着一座金属塔,称为发射塔或发射架,它为技术人员提供了从地面进入火箭的通道。发射塔还提供管道,帮助从地面储存罐向火箭上输送推进剂。在发射台上火箭是垂直竖立,发动机朝着地面,整流罩指向宇宙。

火箭为什么要垂直发射?

我们可能很少去思考火箭为什么以垂直的方式发射?只是认为到它就应该是这样,因为从古到今就是这样发射火箭的,把它作为一种事实接受了下来,而且它是向宇宙中发射的。但实际上采用垂直方式发射是考虑到很多因素的:

①运载火箭的体型庞大,长达十几米至几十米,直径几米至十几米,如果倾斜发射就得有一条比箭体更长的滑行轨道。这种滑轨不仅相当笨重、稳定性差、行走困难,而且发射时所产生的振动,势必影响火箭的命中精度。何况放置滑轨就得有一个很开阔很平坦的发射场。同时,由于火箭处于倾斜状态,点火启动时尾部会喷射出高温高速高压燃气流,因此还需要有一个相当长的安全区。

②火箭的飞行绝大部分时间是在大气层以外的空间。垂直发射有利于迅速穿过大气层,减少因空气阻力而造成的飞行速度损失。当然,这种垂直飞行的时间不宜过长,否则,在重力作用下,火箭的飞行速度损失就很大。所以,目前运载火箭的垂直飞行段一般在4~10秒范围之内。

③采用垂直发射,可以简化发射设备,它所有的发射台上可以设计得很紧凑,并且能够很方便地使竖立在发射台上的火箭在360°范围内移动,从而满足改变射向的需要,并保证火箭系统的稳定性和隐蔽性。

④大型运载火箭所用的推进剂一般都是液体的,因此,垂直状态发射便于推进剂的精确加注或泄出。

⑤现在大部分运载火箭采用的控制系统。它要求火箭在发射前精确地确定它的初始位置,这样才能保证有效载荷准确地进入地球轨道。而垂直发射对实现这一要求,要比倾斜发射方便得多。

⑥运载火箭的推重比一般都比较小,火箭垂直放置发射台上,发射时只要推力稍微超过起飞重量,火箭就可以腾空而起。随着推进剂的不断消耗,火箭的重量逐渐减小,飞行速度愈来愈高。

由此可见,垂直发射对于火箭的加速和能量的利用,都是十分有利的。

当火箭发动机启动,第一级火箭点燃时,火箭就开始脱离发射架上升,要完全通过发射塔需要花费几秒钟的时间。离开地面的十几秒内火箭一直保持垂直飞行,之后为了保证按合适的方位飞行,排气口的万向节按预定程序立即旋转,使火箭从垂直角度稍微倾斜,但基本还是垂直向上飞行的。一开始火箭的加速过程也并不是十分的明显,因为第一级推进剂还在,火箭的重量依然大的惊人。在上一级推进剂烧完时,重力使火箭缓慢地从微倾斜角度转入水平方向的飞行。这一被称为重力转向的机动,帮助火箭逐渐将其能量从向上升入太空的推进,转向进入轨道速度所需的向前推进。

第一级推进剂烧完后,爆炸螺栓使其与火箭的其余部分分离,这时火箭卸掉了结构和推进剂的大部分质量。同时第二级火箭开始点火,继续加速飞行,因为火箭的重量大大的减轻,即使第二级的火箭产生的推力不如第一级的大,它的

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