火箭帶你上天去

路遙

火箭的身世

“火箭”一詞最早出現(xiàn)在公元3世紀的三國時代，距今已有1700多年的歷史了。那時的“火箭”指的是點燃后射向敵人的帶火之箭，與我們現(xiàn)在所稱的火箭相差甚遠。在火藥出現(xiàn)之后，宋代的人們發(fā)明了一種向后噴火、利用反作用力助推的火箭，已具有現(xiàn)代火箭的雛形，可以看作是原始的固體火箭。

中國人不僅是火箭的發(fā)明者，也是首次進行載人火箭飛行的大膽嘗試者。明朝時候，有一位名叫萬戶的士大夫，坐在綁著47個自制火箭的椅子上，雙手舉著兩只大風(fēng)箏，然后叫人點火發(fā)射。他設(shè)想利用火箭的推力飛上天空，再利用風(fēng)箏在空中滑翔，平穩(wěn)著陸。不幸火箭爆炸，萬戶也為此獻出了生命。為紀念這位航天先行者，國際天文學(xué)聯(lián)合會將月球上的一座環(huán)形山命名為“萬戶”。

火藥傳入歐洲以后，火箭技術(shù)得到迅速發(fā)展。今天廣泛用于航天領(lǐng)域的運載火箭是第二次世界大戰(zhàn)后在導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上改進得來的。第一枚成功發(fā)射衛(wèi)星的運載火箭是蘇聯(lián)用洲際導(dǎo)彈改裝的“衛(wèi)星”號運載火箭，它將世界上第一顆衛(wèi)星“斯普特尼克1號”送上太空。目前，世界知名的運載火箭有“東方號”“大力神”“宇宙神”“德爾塔”“土星”“長征”“阿里安”“H”“極軌衛(wèi)星”等系列運載火箭。其中，“長征”系列運載火箭是我國自行研制的航天運載工具。自1965年開始研制，先后有過17個型號，目前還在使用的有11個型號。截至2016年10月17日，我國長征系列運載火箭已飛行237次。

除了人造地球衛(wèi)星以外，運載火箭還用于將載人飛船、空間站、貨運飛船、空間探測器等航天器送入太空。

當(dāng)火箭升空時，“尾巴”上會冒出耀眼的火焰，那就是推動火箭升空的力量之源。準確地說，火箭的動力來自于燃料劇烈燃燒所排出的高溫高速燃氣，燃氣噴出產(chǎn)生的反作用力推動著這個重達幾百噸甚至幾千噸的龐然大物奔向天空。

火箭升空時都會攜帶大量動力“口糧”——推進劑。它分為兩種，一種是燃料，就像汽車使用的汽油，能夠燃燒釋放能量。另一種是氧化劑，它不能燃燒，但能提供燃燒所必需的氧——在沒有氧氣的太空中，沒有氧化劑的幫助，再多的燃料都沒有“用武之地”。

推進劑的形態(tài)有固體的，也有液體的。多級火箭可以根據(jù)需要，選用液體推進劑或者固體推進劑，也可以兩種搭配使用。例如，我國的長征三號運載火箭是一種三級液體火箭；長征一號運載火箭則是一種固液混合型的三級火箭，其第一級、第二級是液體火箭，第三級是固體火箭。推進劑占火箭起飛重量的80%～95%，直接影響著火箭的運載能力和使用性能。火箭工程師們也在不斷地尋找和試驗更優(yōu)質(zhì)的推進劑和動力系統(tǒng)，讓火箭重量更輕、動力更足、性能更穩(wěn)定。

了解了火箭的歷史，你現(xiàn)在一定很想知道，火箭怎么會有那么大的力氣，把那么重的衛(wèi)星或飛船甩到太空去的呢？它們又是怎么發(fā)射升空的呢？翻開下一頁你就能找到答案。

火箭發(fā)射啦

將衛(wèi)星發(fā)射到太空中并不是一件容易的事。將任何東西發(fā)射到太空——不管是到近地軌道（高度在160千米以上）還是更遠的地方，都需要許多火箭提供動力。而且，發(fā)射到太空里的，不僅有衛(wèi)星，還有運載衛(wèi)星的火箭，以及運載它們所需的燃料！想一想，這是多么大的重量啊！

發(fā)動機

大部分的發(fā)動機都會旋轉(zhuǎn)，但火箭的發(fā)動機不會，因為它是噴氣式發(fā)動機。試想一下你正站在滑板上，手中拿著消防員的消防水帶，水帶噴出強烈的水柱，會推動滑板往相反的方向移動（這就是反作用力）。我們能看見好幾個消防員一起控制一根消防水帶，就是因為反作用力實在太大了！火箭發(fā)動機的工作原理也是如此。只不過，他們用的是燃料，而不是水。

發(fā)射火箭

大部分火箭都是在發(fā)射臺發(fā)射的。這種巨大的發(fā)射臺有兩個作用。第一，工程師和技術(shù)人員可以在這里給火箭添加燃料，檢查火箭的外部問題。第二，發(fā)射升空之前，發(fā)射臺可以對火箭起支撐作用。工作人員會用裝有少量炸藥的螺栓，將火箭固定在發(fā)射臺上。發(fā)射火箭時，點燃炸藥，炸掉螺栓，火箭才能升空。

固體火箭助推器

固體火箭助推器可以給火箭提供發(fā)射時必需的額外能量。這種助推器使用的是固體燃料，有點兒類似火藥。這種燃料會燃燒，但不會爆炸。固體燃料較安全，費用比液體燃料更低廉。不過它的燃燒速度是固定的（不會變快，也不會變慢），一旦開始燃燒，就無法停下來了。

液體燃料

大部分火箭的主體部分都塞滿了液體燃料，這些燃料分別被儲存在兩個不同的貯存箱里。通常情況下，一個用來裝液態(tài)氧，一個用來裝煤油或者液態(tài)氫。它們會被輸送到燃燒室內(nèi)，混合在一起進行燃燒。燃燒會產(chǎn)生氣體，這些氣體會以每小時8000到16 000千米的速度從火箭的巨大噴頭中噴出。

載荷

載荷指的是為完成任務(wù)，而被火箭運載上空的設(shè)備。它可以是將電視節(jié)目發(fā)射到全球任何地方的衛(wèi)星，也可以是進行太空實驗的特殊設(shè)備。有時候它甚至?xí)\載宇航員上空。這類火箭可以運載重達68000千克的衛(wèi)星。

二級發(fā)動機

如果火箭在發(fā)射和穿越大氣層時用完了主體貯存的所有燃料，那會發(fā)生什么呢？火箭最大的部分會脫落，而頂端較小的那部分（也有發(fā)動機和燃料）會開始運轉(zhuǎn)，將火箭繼續(xù)向前推進。有時候，火箭的碎片會掉落在地球上。這些碎片進行復(fù)原后可以重新使用。

離地升空

從1957年開始，阿特拉斯火箭就成了太空探索的一匹悍馬。它們運載了數(shù)百顆衛(wèi)星升空，將商業(yè)和軍事設(shè)備送上軌道，還曾運載先驅(qū)者號宇宙飛船飛過土星和木星，去探索未知的宇宙。

火箭回收不是夢

火箭這列特快專列，完成運載使命后就會因為損毀或無法回收而結(jié)束航天生涯，相當(dāng)于“一次性”產(chǎn)品。但火箭的制造與發(fā)射一直是個極其昂貴的過程，一次發(fā)射的費用高達數(shù)億乃至數(shù)十億元。為了改變這種既浪費又不環(huán)保的行為，工程師們絞盡腦汁：能不能在發(fā)射后將火箭回收，下次繼續(xù)用呢？

2015年11月23日，美國的一家私營航天企業(yè)“藍色起源”首次成功實現(xiàn)了火箭回收。這枚叫“New Shepard”的火箭攜帶飛船升空，到達一定高度后，火箭與飛船分離，飛船繼續(xù)升高，而火箭在下落到1500米高空時，發(fā)動機重新點火減速。在降落的最后時刻，噴著煙霧的火箭搖擺著找到垂直于地面的姿態(tài)，四條“腿”同時著地，穩(wěn)穩(wěn)站到發(fā)射場上。這是人類首次實現(xiàn)返回高度100千米以上的火箭回收。

此后不到一個月，美國的另一家私營航天公司“SpaceX”就獲得了更加令人矚目的成績。這一次，他們發(fā)射的獵鷹9號火箭在運送11顆通信衛(wèi)星進入軌道后，地面成功回收了返回的一級火箭，返回高度超過200千米，創(chuàng)造了人類太空史上當(dāng)之無愧的第一。

這兩次成功的火箭回收試驗，使火箭回收從理論變?yōu)楝F(xiàn)實。未來，人類還有望在此基礎(chǔ)上研制出可重復(fù)使用的火箭，打造出安全便捷的太空交通。