助推器火箭龍虎榜

文/杜駿豪 圖/劉澤鑫

俗話說“內(nèi)行看門道”，當我們評價一款火箭厲不厲害時，主要看哪些指標呢？除了一眼能看到的外形與大小，我們更應該關注它的運載能力。

◎多級火箭示意圖

火箭的工作就是要把有效載荷發(fā)射到太空中去，所以它的運載能力越強，它的舞臺就越廣闊。提升火箭運載能力的辦法有很多，比如使用推力更大的發(fā)動機，可這對發(fā)動機技術的要求非常高，且實現(xiàn)難度大，成本高。與此相比，還有個更省時省力的辦法，那便是給一枚光桿火箭“綁”上幾枚小火箭——火箭的助推器。

1903 年，現(xiàn)代航天和火箭理論的奠基人齊奧爾科夫斯基發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的論文《利用火箭探索外層空間》，而54 年后，人類的首顆衛(wèi)星才發(fā)射上天。齊奧爾科夫斯基預見性地提出了多級火箭、助推器等概念。

多級火箭就是把一級級火箭串聯(lián)起來，第一級燃燒殆盡后立即與其他火箭分離、墜落，而后由第二級接力燃燒，以此類推，最終將有效載荷送入軌道。而助推器則是把多枚火箭并聯(lián)起來，同時燃燒，提高同一時間內(nèi)火箭的推力。一般來說助推器會先燃燒完畢，分離、墜落，而后由中間的芯級火箭繼續(xù)推進。

考考你

“人類的首顆衛(wèi)星”是1957 年發(fā)射的哪顆衛(wèi)星呢？

現(xiàn)代火箭的雛形是德國的V-2 導彈。它只有一級火箭。在二戰(zhàn)后，V-2 導彈的技術分別被美國、蘇聯(lián)繼承。為了提高運載能力，美國先走了多級火箭的發(fā)展路線，為V-2導彈串聯(lián)上第二級火箭，而蘇聯(lián)同時發(fā)展了多級火箭與助推器。

◎美國早期的RTV-G-4火箭，相比V-2導彈，它串聯(lián)了第二級火箭

助推器發(fā)展了幾十年，歷史上都有些什么特別的帶助推器的火箭呢？讓我們一起來看看吧。

助推器數(shù)量最多的火箭

美國的德爾塔-Ⅱ型和德爾塔-Ⅲ型運載火箭最多可以捆綁9 枚固體助推器，是世界上可捆綁助推器最多的火箭。當然，根據(jù)任務的不同，它也可以選擇捆綁3 枚或4 枚助推器。這款火箭總共發(fā)射了155次，其中成功153次，目前已經(jīng)退役。它曾把勇氣號與機遇號火星車、開普勒太空望遠鏡等著名航天器發(fā)射升空。

◎分別捆綁4枚助推器與9枚助推器的德爾塔-Ⅱ型火箭

知識鏈接

根據(jù)燃料性質的不同，火箭的助推器可分為液體助推器和固體助推器。液體助推器可以在必要時切斷推進劑供應來緊急停止。固體助推器設計簡單，生產(chǎn)和測試也更容易，推力更大，不需要制冷隔熱設備，但是整體造價相對較高，而且因點燃后很難在燃料耗盡前停下，對于航天器發(fā)射來說存在風險。

助推器最不對稱的火箭

美國的宇宙神-Ⅴ運載火箭可攜帶1～5 枚固體助推器，覆蓋8.2～18.8 噸的近地軌道運力、4.75～8.9 噸的地球同步轉移軌道運力。

這款火箭是“令強迫癥患者發(fā)狂的杰作”：其他火箭的助推器幾乎都在芯級火箭周圍平均分布，而宇宙神-Ⅴ火箭不論攜帶幾枚助推器，總是不對稱的。最令人叫絕的是只攜帶1 枚助推器的構型，它可以通過調(diào)控芯級火箭和助推器的矢量方向來平衡推力。

助推器數(shù)量可變的中國火箭

中國長征三號系列火箭是中國目前唯一一款可調(diào)節(jié)助推器數(shù)量的運載火箭?；鸺焕壷破鲿r，被稱作長征三號甲（CZ-3A），捆綁2 枚、4 枚助推器時分別被稱作長征三號丙（CZ-3C）、長征三號乙（CZ-3B）。為什么2、4 對應的是丙、乙而不是乙、丙呢？是因為長征三號的乙型比丙型研制時間更早。

◎沒有助推器、有4枚助推器、有2枚助推器的長征三號甲、乙、丙

通用助推器核心型火箭

為了進一步降低火箭設計的復雜度，提高零件的通用性，有些火箭的助推器與芯級火箭是通用的，這被稱作通用助推器核心（Common Booster Core，簡稱CBC）型火箭。

美國德爾塔-Ⅳ重型運載火箭是世界上第一款采取CBC型的火箭，助推器與芯級的設計是一致的，每枚助推器只需要使用一臺RS-68 液氫液氧發(fā)動機，就可以達到28 噸的近地軌道運力。

美國商業(yè)航天公司SpaceX 的重型獵鷹運載火箭是由3 枚獵鷹9 號運載火箭組裝而來。每一枚獵鷹9 號使用了多達9 臺梅林-1D 液氧煤油發(fā)動機。這樣設計的好處是即使有某臺發(fā)動機在發(fā)射時失效，火箭整體的推力也不會受太大影響。值得一提的是，重型獵鷹的3 枚火箭都具有重復使用能力。

俄羅斯最新一代運載火箭安加拉-A5 是另一款很有特點的CBC 型火箭。除了芯級外，捆綁了4 枚與芯級一致的助推器，每臺助推器都由單個RD-191 液氧煤油發(fā)動機推進，力量感十足。未來，我們還有機會看到帶有6 枚通用助推器的安加拉-A7 火箭。

中國的新一代載人運載火箭也采取了CBC 型的設計，每枚助推器都有7 部YF-100K液氧煤油發(fā)動機，近地軌道運力將達到70 噸。未來幾年我們將看到這一大國重器飛上云霄，實現(xiàn)中國人載人登月的夢想，讓我們拭目以待！

◎俄羅斯安加拉-A5運載火箭