液體火箭

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液體火箭是以液體火箭發動機作動力裝置的火箭。一般由動力裝置、箭體結構和控制系統等部件組成。有單級火箭和多級火箭兩種。液體火箭主要用作航天運載工具和導彈核武器的推進部分。美國「土星」5號多級火箭，長約111米，直徑10米，總推力達33350千牛，運載能力達127噸，作為航天運載工具已先後把12名航天員送上月球。液體火箭加上彈頭即構成武器，一種是無控火控火箭武器，另一種為有控火箭武器，即「導彈」。

液體火箭的動力裝置系統主要由推進劑輸送和增壓系統及液體火箭發動機兩大部分組成。推進劑輸送和增壓系統是保證液體火箭發動機可靠工作的重要系統。

目錄

發展歷程

液體火箭

航天學誕生和發展的一個重要特點是理論先行。從20世紀初航天學理論的出現到人造衛星發射成功，只經歷了短短的50年。可以說，航天學理論的率先建立大大加速了航天時代的來臨。在航天學理論和火箭運動理論建立的過程中，活躍着一批有卓越成就的航天先驅者。在理論方面最著名的是俄國的齊奧爾科夫斯基、美國的羅伯特·戈達德和德國的赫爾曼·奧伯特。

理論先導

利用火箭實現太空飛行的設想和理論是俄國航天先驅者齊奧爾科夫斯基首先明確闡述的。1896年，他開始從理論上研究星際航行問題，進一步明確了只有火箭才能達到這個目的。1897年，齊奧爾科夫斯基推導出了著名的火箭運動方程式。齊奧爾科夫斯基首先研究的問題是太空飛行用的運載工具。他認為，在宇宙空間沒有空氣的情況下，唯一能夠使用的運輸工具是火箭。齊奧爾科夫斯基經過幾年潛心研究，於1898年完成了航天學經典論文《利用噴氣工具研究宇宙空間》，但這篇論文直到1903年才在莫斯科的《科學評論》上發表。接着，齊奧爾科夫斯基又在《航空報告》上發表了多篇關於火箭理論和太空飛行的論文。這些出色的著作較為系統地建立起了火箭運動和航天學的理論基礎。

1919年，齊奧爾科夫斯基發表了關於多級火箭的論文《太空火箭列車》。他在這篇文章中指出：火箭列車可以達到很高的宇宙速度，同時也能把燃料的攜帶比率限制在可以實現的範圍之內。

美國的研究

美國液體火箭創始人羅伯特·戈達德是一位喜好幻想的人。到1909年12月28日，他共寫下了26種飛行方法的摘要，包括液體火箭、氫氧火箭、多級火箭，還有進入太空的意義。這些設想涉及到火箭及航天的各個方面，有的是航天新思想的首次闡述。他已經認識到火藥火箭的固有缺陷。1909年2月，戈達德在日記中寫道：「只有用液體燃料才能提供星際航行所需要的能量。」

在大學學習期間，戈達德花費大量精力研究和試驗火藥火箭，包括飛行速度、噴氣速度和質量比等，同時探索提高性能和效率的辦法。他通過試驗認識到火藥火箭性能差，並且很難有較大的提高。因此，他決定更深入地研究液體火箭。

此後，戈達德把精力集中在液體火箭的研究上。他研究了液體燃料和液體氧化劑的貯存和輸送方法，研究了各種可能的燃料，包括丙烷、乙醚和汽油，最後選擇了汽油。1921年12月，戈達德完成了第一台液體火箭發動機的研製。1925年後，他又試製出了第三台發動機。1926年春，這台發動機連同火箭都已準備就緒。火箭總長約3米，頂部是0．6米長的發動機，它的下方連接了兩個串向推進劑貯箱，用兩個長約1．5米的細管將液氧和汽油高壓擠壓到燃燒室中。3月26日，戈達德和妻子以及兩個助手在沃德農場進行了世界上第一枚液體火箭的發射試驗，取得了很大成功。

這次試驗成功後，戈達德又對火箭結構進行了改進：把發動機放置在火箭的尾部，採取了保持火箭穩定飛行措施。同時，他對發動機的燃燒室進一步改進，使之能提供最大的燃燒效率。1929年7月29日，戈達德的3．36米長的新火箭進行了試驗。它的頭部裝有氣壓計、溫度計和照相機。這次試驗火箭的飛行高度為32米，水平方向飛行了53米。1930年12月30日他設計的第五枚液體火箭飛行了600米高。1932年4月19日，他設計的首次採用陀螺控制燃氣舵的火箭飛行試驗成功。1935年3月8日，首次安裝降落傘的火箭試驗成功並超過了音速。1935年5月31日，他首次在火箭上安裝了高度計，飛行高度達2330米。他研製的液體火箭發動機的推力達到了4．38千牛。由於戰爭等原因的影響，戈達德沒有將火箭達到實用化。

德國的研究

德國的奧伯特也和其他航天先驅者一樣，很小的時候就對火箭和太空飛行發生了濃厚的興趣。1923年初，奧伯特出版了航天學理論著作《飛往星際空間的火箭》。在正文中，他描述了他構想的高空火箭B型，包括火箭的設計細節。他特別強調採用液體燃料作為火箭的推進劑，指出用液氧和酒精作為火箭推進劑的優點，討論了利用火箭進行高層大氣研究的可能性，還對火箭技術的未來發展進行了展望。

1928年，奧伯特擔任了德國著名導演朗格執導的科幻故事片《月球女郎》的技術顧問。在拍攝電影期間，奧伯特利用朗格提供的一筆資金設計液體火箭。他設計的火箭大致呈魚雷形，長約1．8米，用鋁合金製造。發動機呈錐形，兩側各有一個斜孔，用於推進劑注入。推進劑採用汽油和液氧。這枚火箭的燃燒室為卵形，下面是一個錐形噴管。火箭在發射到達最大高度時，可以利用降落傘回收。由於在研製過程中遇到了不少困難，電影快完成拍攝時，火箭還遠未達到發射狀態。

《月球女郎》1929年10月15日在柏林首次上演並取得很大成功，但火箭卻沒有研製出來。奧伯特決定簡化設計。這次設計的火箭很小。在內貝爾、里德爾以及年輕的馮·布勞恩的幫助下，這枚小火箭終於製造成功。1930年7月30日，奧伯特的小火箭在地面試驗時，在90秒時間內產生了68．3牛的推力。這么小的推力還不足以使火箭離開地面。儘管如此，這次試驗仍然是一次空前的成功。

受齊奧爾科夫斯基、戈達德、奧伯特等航天先驅者的影響，20年代世界有許多國家都自發成立了致力於液體火箭和太空飛行研究的民間團體。這些團體在液體火箭研製方面取得了不同程度的成就。更為重要的是，通過實際研製工作的鍛煉，培養造就了一大批成就卓越的火箭專家，科羅廖夫、馮·布勞恩、格魯什科、吉洪拉沃夫、馬林納、錢學森、蓋特蘭德、阿瑟·克拉克等就是其中的代表。而且，通過他們的廣泛宣傳和努力，使液體火箭深入人心並終於在第二次世界大戰期間達到了實用化。

中國發展

2023年5月17日，在皖江江南新興產業集中區安徽星河動力科技有限公司總裝車間內，「智神星一號」液體火箭總裝下線，標誌着星河動力首枚液體火箭在安徽池州正式總裝下線；也標誌着國內最大規模民營重複使用液體商業火箭產業化基地在安徽池州正式啟動運營。