针筒火箭研究论文

火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，既可在大气中，又可在外层空间飞行。1926年3月16日，美国火箭研制先驱者、科学家罗伯特·戈达德在美国成功发射了世界上第一枚液燃助推火箭。罗伯特·戈达德被公认为是现代火箭技术之父。

早在17世纪，牛顿就设想过物体如何绕地球做圆周运动：在高山上架设一尊威力无比的大炮，如果炮弹的速度足够快，它就不会落下来，而是围绕地球做圆周运动甚至可以飞出地球。牛顿还计算出来：大炮射出的炮弹要想不落地而围绕地球做圆周运动的话，速度必须达到千米/秒，这就是第一宇宙速度；而要飞出地球，就必须达到千米/秒，即第二宇宙速度。

在教学之余，齐奥尔科夫斯基醉心于各种科学研究和计算，特别是关于宇宙航行和火箭推动力的理论研究。1903年，他发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》这本现代航天史上划时代的著作。书中提出了火箭飞行速度同火箭发动机喷气速度、火箭质量、燃料质量关系的公式——齐奥尔科夫斯基公式。从人类发射第一枚火箭到现在，世界各国每一枚火箭的设计制造都离不开这个公式的指导。

齐奥尔科夫斯基认为，要想克服地球引力进入环绕地球的轨道，需要使用液氢和液氧作为推进剂的多级火箭，才能达到必须具备的速度。火箭的推进剂经过燃烧室燃烧之后，产生高温高压气体，经过喷管加速喷出，产生反作用力推动火箭前进。这就像用水管喷水或枪炮射击时产生后坐力一样。齐奥尔科夫斯基不仅设计了火箭推进器、多级火箭方案，还提出了密封舱和空间站的设想，以及在太空生存必需的密封生态循环系统、为航天员提供氧气和食品等设想。

如果说齐奥尔科夫斯基解决了火箭的理论问题，戈达德和冯·布劳恩则解决了火箭的技术问题。

罗伯特·戈达德是美国最早的火箭科学家，1909年开始进行火箭动力学方面的理论研究。3年后，他点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭，证明火箭能在真空中工作。1919年，他发表的报告《到达极大高度的方法》阐述了火箭飞行的基本数学原理。1926年3月，戈达德成功发射了第一枚火箭：用汽油和液氧作为推进剂，长约米，发射质量为千克，飞行延续了约秒，最大高度为米，飞行距离为56米。这枚火箭证实了液体推进剂的可行性，从而使他成为现代火箭的鼻祖。到1945年去世之前，戈达德进行了34次火箭发射，但大多以失败告终，也没能获得官方资助。后来，为纪念这位火箭科学的先驱，美国国家航空航天局将位于美国东部马里兰州格林贝尔特的大型研究中心命名为“戈达德太空飞行中心”。

与戈达德比起来，冯·布劳恩要幸运得多。他1912年出生于德国，16岁时看到了德国航天先驱、火箭专家赫尔曼·奥伯特的著作《飞向星际空间的火箭》，从此迷上了星际旅行。1930年，布劳恩在柏林工业大学参加了奥伯特发起的德国空间旅行学会，协助奥伯特进行液体火箭测试。他的毕业论文详细论述了液体火箭发动机的理论和实验，被评为特优论文。第二次世界大战期间，他领导了德国V-2火箭的研制工作。V-2火箭以酒精和液氧为推进剂，全长14米，发射质量13吨，弹头1吨，飞行弹道最高为80～100千米。第二次世界大战后，冯·布劳恩到了美国，领导美国的航天事业。1946年，美国发射了一枚V-2火箭。这枚飞到80千米高空的火箭是用来进行太阳紫外线观测的，它开启了太空科学的新篇章。

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×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

利用动量守恒定律。火箭在飞行时，燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧，背着飞行方向不断地喷出大量速度很大的气体，使火箭在飞行方向上获取很大的动量，从而获得巨大的前进速度。如果飞行的宇宙飞船减速或着陆时，则向其前方喷气使其减速。它不依靠空气的作用，所以可以在空气稀薄的高空或宇宙空间飞行。在现实生活中，我们经常会看到这样的现象，一个充足气的气球拿在手上，突然放手时气体会从气球中喷出来，这时气球就向着相反的方向飞出去，这种运动遵循动量守恒定律，在物理上我们称作为反冲。随着科技的不断发展，科学家们已经发明制造了各种型号的火箭，这些火箭内部构造互不相同而且都相当复杂。