推进技术
火箭推进是一种精密的结构,它的原理主要是
力学、
热力学,以及其它有关科学之运用,诸如
电学等。火箭跟一般的
飞机主要的不同点在于:飞机只能在
大气层内飞翔,但是火箭可以在外层空间工作,因为它不需要利用空气便能够燃烧推进。
火箭推力的获得,乃由高速喷出物反作用而生成。其原理与花园中用橡皮管喷水时,橡皮管会向后退,以及枪向后座的原理一样。
火箭的燃料经过燃烧室燃烧以后,会产生高温高压的气体,之后再经过一个喷嘴而加速,并排气到外界。这些气体便是推动火箭的原动力。
火箭依不同种类发动机可分为:
固态火箭跟液态火箭便是现今比较常用的火箭。此外,还有混合火箭---就是用固体的燃料而用液体的氧化剂。另外,值得一提的是,现今
运载火箭大多包含了液态火箭跟固态火箭,也就是说,一个火箭可能第一节是固态的而第二节却是液态的。
起源
中国人在公元前300年就已发明了火箭,但是是作为像
烟花一样娱乐品。
11世纪之后发展为军用。 北宋初年,曾用以制作火箭、火球等。後来又出现了带爆炸性的霹雳炮。南宋时期更出现了铁火炮、突火枪、火铳等新式武器。这些武器威力巨大,被广泛使用在对蒙战争中。
1150年 宋朝
南宋高宗绍兴二十年 军队发明了全世界上第一支火箭. 他们将装满火药的竹管绑放箭上, 加上一条引信. 接着在靠近箭羽部份绑上一小块铁. 让箭簇倾斜以便射得更远.1500年左右,
明朝中国画有
万户升空图为佐证。
18世纪末
印度人用火箭抵抗
英国,从此传入
欧洲。
附有燃烧物的箭矢也被称为火箭。在
赤壁之战时这种火箭已经被广泛使用。
现代火箭
现代火箭诞生自
罗伯特?高达德将 超音速
de Laval喷嘴装上液态燃料火箭引擎燃烧室。这种喷嘴将燃烧室中的热气体转成较冷的
极超音速喷射气体,使推进力增加超过两倍且巨幅地增加了效率;在此之前,早期的火箭因为热能随气体排放被浪费掉了而相当的没效率。在
1920年,高达德出版了《A Method Of Reaching Exreme Altitudes》,这是在
齐奥尔科夫斯基之後第一本认真谈论使用火箭在太空旅行的着作。这本书引起了全世界的注意,也同时获得赞赏与嘲笑,特别是在认为火箭理论上可以到达月球的方面。纽约时报的社论甚至指控高达德欺骗世人,认为火箭在太空中不可能运作。
在
1923年,
赫尔曼·奥伯特(1894-1989)在慕尼黑大学拒绝了他的博士论文後,将其一个版本出版成为《飞向行星太空的火箭》(德文:Die Rakete zu den Planetenr?umen)
在
1926年,罗伯特?高达德於
美国麻塞诸塞州奥本镇发射了世界第一枚
液态燃料火箭。
在
1920年代之间,
美国、
奥地利、
英国、
捷克、
斯洛伐克、
法国、
义大利、
德国及
俄国相继出现研究火箭的组织。
1920年代中期,
德国科学家开始实验能到达高空及长距离的液态推进火箭。一群业余火箭工程师在
1927年组成
德国火箭学会(德文:VfR),而在
1931年发射了一枚液态推进火箭(使用
氧气及
汽油)
从
1931年自
1937年为止,最大规模的
火箭引擎设计发生在列宁格勒的气体动力实验室。在充足的资金与良好的人员经营下,超过100枚实验性火箭在
Valentin Glushko的领导下被制造出来。这项工程包括了再生冷却、自燃点火以及包括旋转及双推进混合设计(swirling and bi-propellant mixing injectors)的喷油器。然而,这项工程却由於
1938年史达林大清洗使Glushko被逮捕而遭到缩减。同时间
奥地利教授
Eugen S?nger也进行了相似但较小规模的工作。
在
1932年,
德国国防军(
1935年後改称
德国防卫军)开始对火箭技术感兴趣。由於凡尔赛条约火炮禁令限制德国取得长程武器,当德国防卫军看到了使用火箭做为长程火炮的可能性後,一开始资助了德国火箭学会,但发现他们的目标纯粹只限於科学後,便创建了属於防卫军所有、以赫尔曼·奥伯特为领导的研究团队。在军队领导人的命令下,当时有强烈抱负理想的年轻火箭科学家
冯?布朗与两位前火箭学会的成员加入了军队,发展
纳粹德国用於二次大战长程武器,尤其是後来恶名朝彰的
V2火箭(一开始称为A4)的前身A系列火箭。
1943开始,
V2火箭开始制造。
V2火箭拥有350
公里的作战距离以及搭载1000
公斤阿玛图炸药弹头。此载具与大部份现代火箭只有极少数不同,有
涡轮帮浦、惯性导引装置及其它许多特性。虽然它们无法被拦截,但它们的导引系统设计及单传统弹头意味了
V2火箭无法准确地描准
军事目标。数以千计的
V2火箭射向盟军国,其中大部份是
英国,以及
比利时与
法国,在发射作战结束前,共有2,754人在
英国因而死亡,还有6,523人受伤。虽然
V2火箭并没有明显地影响战争的发展,但它展示了导引火箭作为武器的潜力。 当时,
英国伦敦受到攻击, 人心惶惶. 英国政府马上派人研究.发现火箭攻击的分布为
泊松分布(Poisson Distribution),也就是
机率分布(random distribution).
二战结束时,俄国、英国及美国军事及科学人员竞相从
佩内明德的德国火箭计划获取火箭技术及训练有素的人员。俄国与
英国获得了一些成果,但美国却从中获益最多。美国获得了大批德国火箭科学家(其中大部份为
纳粹党员,包括冯?布朗在内),将他们带回美国做为
回纹针行动中一部份成员。原本设计来攻击於英国的相同火箭被这群科学家们用做发展新技术的载具。V2火箭演变成美国
红石火箭(Redstone rocket),用於早期太空任务。
战後,火箭被用做研究高海拔环境,无线电遥测温度及气压、侦测宇宙射线及其它研究。这些研究在冯?布朗及其它人之下持续进行。
另外一方面,苏联的火箭研究在
科罗廖夫的领导下进行中。从来自德国技术人员的协助,V2火箭被复制及改进成为
R-1、
R-2及
R-5飞弹。原德国的设计在1940晚期被放弃,而这些德国工作人员被遣送回国。由Glushko建造的新系列引擎及基於Aleksei Isaev的发明形成了最初的
洲际飞弹R-7。R-7发射了第一颗卫星、第一个太空人及第一个月球探测器及行星际探测器,直到今天还在使用。这些事件吸引了高层政治人物的注意力,投注更多经费於研究中。
当大众了解到火箭变成
核子武器的发射平台,而搭载这些武器的火箭载具基本上在发射後就无法防御後,火箭以洲际飞弹的形式在军事上变得极端重要。
由於
冷战,
1960年代形成了火箭科技极速发展的时代,包括苏联(
东方号、
联合号、
质子号)及美国(
X-20飞行器、
双子星号),以及其他国家的研究如英国、日本、澳大利亚等等。最终导致了60年代末期的
土星5号载人登陆月球,使纽约时报收回以前认为太空任务不可能成功的社论。