火箭

探空火箭是用于将科学仪器以抛物线轨迹送入地球大气层的上部区域，使其进入近地空间的一种火箭。 

探空基本结构火箭包括箭体结构、动力装置、稳定尾翼等。大多数探空火箭为单级或两级火箭，也有为3级、4级的。动力装置通常用固体火箭发动机，可以简化和缩短发射操作时间。探空火箭对火箭姿态和飞行弹道的要求不像导弹和运载火箭那样严格，一般不设控制系统，仅靠稳定尾翼或火箭绕纵轴旋转来保证飞行稳定。需要精确定位和定向时才设置控制系统。 除探测火箭基本结构外，探空火箭系统还包括有效载荷、发射装置和地面台站等: (1) 有效载荷大多装在箭头的仪器舱内。仪器舱的直径有时可大于箭体直径。有效载荷采集到的信息通过遥测装置发送到地面台站接收处理，或者在火箭下降过程中将有效载荷从火箭内弹射出来，利用降落伞等气动减速装置安全降落到地面回收。有效载荷的重量和尺寸取决于探测要求，一般为几公斤到几百公斤，最大可达几吨。 (2) 发射装置通常用导轨和塔式发射架，使火箭获得足够大的出架速度。无控制火箭的飞行弹道受风的影响较大，为了保证达到预定的高度和减小弹道散布，探空火箭发射时尚需根据发射场的高空风资料采用风补偿技术来调整和确定发射角度。大多数探空火箭从地面以接近垂直状态发射，也有从移动式发射车发射的，根据需要还可从舰船或升在空中的气球上发射。 (3) 地面台站主要包括接收测量信息的地面接收设备、跟踪火箭的定位测速设备(如雷达)和电子计算机等。雷达跟踪方式有反射式和应答式两种，应答式比反射式的跟踪距离更大。地面接收设备接收的遥测数据直接输入电子计算机处理，实时给出探测结果。 

无论固体运载火箭还是液体运载火箭，无论单级运载火箭还是多级运载火箭，其主要的组成部分均包括结构系统（又称箭体结构）、动力装置系统（又称推进系统）和控制系统。这三大系统称为运载火箭的主系统，主系统的可靠与否，将直接影响运载火箭飞行的成败。此外，运载火箭上还有一些不直接影响飞行成败并由箭上设备与地面设备共同组成的系统，例如遥测系统、外弹道测量系统、安全系统和瞄准系统等。其中： 

1）箭体结构是运载火箭的基体，它用来维持火箭的外形，承受火箭在地面运输、发射操作和在飞行中作用载火箭上的各种载荷，安装连接火箭各系统的所有仪器、设备，把箭上所有系统、组件连接组合成一个整体。

2）动力装置系统是推动运载火箭飞行并获得一定速度的装置。对液体火箭来说，动力装置系统由推进剂输送、增压系统和液体火箭发动机两大部分组成。固体火箭的动力装置系统较为简单，它的主要部分就是固体火箭发动机，推进剂直接装在发动机的燃烧室壳体内。 

3）控制系统是用来控制运载火箭沿预定轨道正常、可靠飞行的部分。控制系统由制导和导航系统、姿态控制系统、电源供配电和时序控制系统三大部分组成。制导和导航系统的功用是控制运载火箭按预定的轨道运动，把有效载荷送到预定的空间位置并使之准确进入轨道。姿态控制系统（又称姿态稳定系统）的功用是纠正运载火箭飞行中的俯仰、偏航、滚动误差，使之保持正确的飞行姿态。电源供配电和时序控制系统则按预定飞行时序实施供配电控制。

4）遥测系统的功用是把运载火箭飞行中各系统的工作参数及环境参数测量下来，通过运载火箭上的无线电发射机将这些参数送回地面，由地面接收机接收；亦可将测量所得的参数记录在运载火箭上的磁记录器上，在地面回收磁记录器。这些测量参数既可用来预报航天器入轨时的轨道参数，又可用来鉴定和改进运载火箭的性能。一旦运载火箭在飞行中出现故障，这些参数就是故障分析的依据。 

5）外弹道测量系统的功用是利用地面的光学和无线电设备与装在运载火箭上的对应装置一起对飞行中的运载火箭进行跟踪，并测量其飞行参数，用来预报航天器入轨时的轨道参数，也可用来作为鉴定制导系统的精度和故障分析的依据。

6）安全系统的功用是当运载火箭在飞行中一旦出现故障不能继续飞行时，将其在空中炸毁，避免运载火箭坠落时给地面造成灾难性的危害。安全系统包括运载火箭上的自毁系统和地面的无线电安全系统两部分。箭上的自毁系统由测量装置、计算机和爆炸装置（炸药筒）组成。当运载火箭的飞行姿态、飞行速度超出允许的范围时，计算机发出引爆爆炸装置的指令，使运载火箭在空中自毁。无线电安全系统则是由地面雷达测量运载火箭的飞行轨道，当运载火箭的飞行超出预先规定的安全范围时，从地面发出引爆箭上爆炸装置的指令，由箭上的接收机接收后将火箭在空中炸毁。

7）瞄准系统的功用是给运载火箭在发射前进行初始方位定向。瞄准系统由地面瞄准设备和运载火箭上的瞄准设备共同组成。 

火箭是中国古代的重大发明之一。公元969年，中国已经发明了火药（火药是在唐朝发明的）。北宋军官岳义方、冯继升造出了世界上第一个以火药为动力的飞行兵器——-火箭。这种火箭由箭身和药筒组成，其中药筒用竹、厚纸制成，内充火药，前端封死，后端引出导火绳，点燃后，火药燃烧产生的气体向后喷出，以气体的反作用力把火箭推向前，飞行中杀伤敌兵。这种最早的原始火箭在工作原理上与现代火箭没有什么不同。公元12世纪中叶，原始的火箭经过改进后，广泛地用于战争。如公元1161年宋军与金兵的“采石之战”中所使用的“霹雳炮”，其实就是一种火箭兵器。当时在中国民间广为流行的能高飞的“火流星”（亦称“起火”），实际就是世界上第一种观赏性火箭。元、明之后，即公元13世纪以后，中国的火箭兵器在战争中有了很大发展，涌现了许多与现代火箭类型相近的火箭形式。13世纪中叶，蒙古人入侵中亚、西亚和欧洲，阿拉伯人侵略西班牙，他们把中国的火箭技术传入了欧洲及世界其它地区。到了这时，德意志的艾伯特斯·麦格诺才在欧洲首次记述了关于制作火箭的技术。欧洲人最早使用火箭兵器，是在1379年意大利的帕多亚战争和1380年的威尼斯之战中。

至20世纪初，俄国著名科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基从理论上证明了多级火箭可以克服地球引力而进入太空，并建立了火箭运动的基本数学方程，奠定了航天飞行动力学的基础。此外，他肯定了液体火箭发动机是航天器最适宜的动力装置，为运载器的发展指出了方向，并提出为实现飞向其他行星必须设置中间站，以及火箭在星际空间飞行的条件和火箭地面起飞条件。 

美国著名火箭专家罗伯特·哈金斯·戈达德把航天理论与火箭技术相结合，提出了火箭飞行的数学原理，指出火箭必须具有每秒7.9公里的速度才能克服地球引力，同时他研究了利用火箭把载荷送至月球的几种可能方案。戈达德从1921年开始研制液体火箭，于1926年3月16日进行了人类首次液体火箭飞行试验并获得成功（火箭长3.04米，飞行2.5秒，达到 12米高，56米远），这使得他成为液体火箭的实际发明人。1932年他首次用陀螺控制的燃气舵操纵火箭的飞行，1935年他试验的火箭以超声速飞行，最大射程约20公里。  

1942年10月3日，德国首次成功地发射了人类历史上第一枚弹道导弹——V-2，并于1944年9月6日首次投入作战使用。第二次世界大战期间，先后有约4300多枚V-2导弹袭击了英国、荷兰安特卫普港和其他目标，造成了极大的破坏。V-2是单级液体火箭，全长14米，质量为13吨，箭体直径1.65米，最大射程320公里，发动机熄火高度96公里，飞行时间约320秒，命中精度圆公算偏差5公里，有效载荷约1吨。其动力系统选用液氧/酒精液体火箭发动机，推力为260千牛（合26.5吨力），最长工作时间68秒。其控制系统使用带程序装置和陀螺积分仪的自主式陀螺控制系统。V-2的成功在工程上实现了19世纪末、20世纪初航天技术先驱者的技术设想，并培养和造就了一大批有实践经验的火箭专家，对现代大型火箭的发展起到了继往开来的作用。V-2的设计虽不尽完美，但它却是人类拥有的第一件向地球引力挑战的工具，成为航天技术发展史上的一个重要里程碑。第二次世界大战后，美、苏两国分别接收了参与V-2研制的部分专家、设备及资料，为这两个国家在第二次世界大战后迅速发展火箭和导弹的技术创造了有利的条件。40年代末至50年代末，在V-2的基础上，以美、苏为主研制的火箭武器得到了迅速发展，各种类型的导弹武器相继问世，并形成了一个完整的导弹武器系统。

世界第一枚专门用于高空大气探测的火箭是美国于 1945年秋研制成功的“女兵下士”火箭。它能将11公斤的有效载荷送到 70公里的高空。此后，美国和苏联利用缴获的V-2火箭发射了一批探空火箭。50年代的国际地球物理年活动大大推动了探空火箭的发展，许多国家开始了探空火箭的研制。到80年代，世界上已有20多个国家发展或使用了探空火箭，年发射量高达数千枚。中国在1958年以前曾发射过试验性火箭，1958年正式研制探空火箭，先后研制成T-7液体探空火箭和改进型 T-7A探空火箭。 1965年起开始研制固体探空火箭“和平”2号和6号。