奇形怪狀的火箭始終如一的夢想

最新 07-08

飛上太空，是人類千百年來的夢想；而乘什麼載具上天，古人則顯示出豐富的想像力：神獸、祥雲、樹藤……

不過，正如iphone奠定了智能機的框框，一件經典的作品，將具象化人類對某一領域的想像。在航天運載領域，這件作品就是「V2」。

V2火箭是二戰時德國的彈道導彈。V-2火箭長14米多，起飛重量約13噸，可產生約27噸推力。推進劑為酒精和液氧，有效載荷為900多公斤的烈性炸藥，水平射程為300多公里，最大高度可達96公里。V2是第一種超聲速火箭，是現代航天運載火箭和遠程導彈的先驅。從此，「一根長桿頭頂錐」成為火箭的經典形象。而人類後來發展出構型各異的運載火箭，幾乎都能看出V2的影子。

火箭的樣子千差萬別，是由於總體設計思路各不相同。一般串聯火箭都是「長桿」形的。

早期的運載火箭均是由彈道導彈改進而成的。質子號運載火箭是前蘇聯第一種非導彈衍生的、專為航天任務設計的火箭，其一級中間為氧化劑貯箱，周圍捆綁著6個燃料箱，設計十分獨特；二級採用共底貯箱，縮短了全箭長度，降低了結構質量。

獵鷹9號（Falcon 9）火箭是美國SpaceX公司研製的可回收式垂直起降中型運載火箭。進行適當修復後可再次進行發射，大大降低了發射成本。為了完成垂直著陸，其箭體下部設計了4個著陸架。

土星5號保持著人類史上火箭最大的運載能力記錄：近地軌道（LEO）140噸。它高達110.6米，重約3039噸，推力可達3408噸，從1967年首飛到1973年退役，土星5號共發射了17次，從未發生過任何事故，沒損失過任何有效載荷，成功率達100％。其中有三次發射最為矚目，一次是1968年載著阿波羅8號和3名宇航員完成了人類第一次繞月飛行。一次是1969年載著阿波羅11號實現了人類的首次登月。最後一次是1973年將美國第一個環繞地球的空間站——天空實驗室送入近地軌道。

N-1運載火箭是蘇聯以載人登月為目標研製的，其貯箱為球形，為了布置球形貯箱，火箭整體呈現了錐形。對一定容積的貯箱來說，球形貯箱外殼表面積最小、應力分布均勻，往往重量可做得最小。N1發射時由30台NK-15發動機推動，推力達到4620噸，遠超土星5號和能源號，遺憾的是N-1運載火箭四次發射全部失敗了。

火箭助推器是用於火箭發射時使其迅速飛離發射器並加速達到預定飛行速度的一種「小型火箭」。帶助推器的並聯火箭運載能力大幅提高，以阿麗亞娜四號為例，無助推器的標準型阿麗亞娜四號可以將2175kg貨物送入轉移軌道，而帶助推器的「44L型」則可以將4790kg貨物送入同一軌道。

聯盟號運載火箭是前蘇聯/俄羅斯研製的多用途運載火箭，起源於R-7洲際彈道導彈和「東方號」火箭。聯盟號火箭歷史悠久、使用頻繁、可靠性高，是知名火箭之一。其助推器與箭體芯級傾斜了一個小角度。

聯盟2號二級貯箱為異形結構，其煤油貯箱下端中部向上收縮，在有效縮短了箱間段長度的同時給設備安裝留出了空間。

洛克希德·馬丁公司的「宇宙神」運載火箭系列在美國運載火箭發射市場佔有舉足輕重的地位，該系列火箭在美國每年火箭發射活動中所佔的比例接近40%，僅次于波音公司的「德爾塔」運載火箭。能夠將中型及重型衛星發射至地球同步軌道和低層轉移地球同步軌道。

宇宙神5可以通過配置0～5個助推器形成覆蓋不同重量發射任務的系列火箭。不過，最奇葩的是只捆綁一個助推器的「411構型」。雖然看著彆扭，但人家已成功發射了5次。

德爾塔-2最初由麥道公司設計和製造，在麥道被波音公司合併後，則由波音的綜合防務系統分部負責生產。德爾塔-2運載火箭是美國目前主要的中型運載火箭，其助推器數量達到了9枚之多。

重型獵鷹火箭更加龐大，它使用了獵鷹火箭的第一級發動機，擁有三個均可回收重複使用的主芯級。重型獵鷹火箭近地軌道運載能力達63.8噸，地球同步軌道運載能力為26.7噸。重型獵鷹性價比更高，價格比獵鷹9號上漲了不到五成，運載能力卻接近獵鷹9號的三倍。

西班牙的零至無窮（zero2infinity）公司利用高空氣球完成了小型火箭的發射。零至無窮公司不僅在發射方案上獨具特色，其採用並聯三級構型的Bloostar火箭的設計也很有新意。環形貯箱質量通常要大些，但其突出的優點是空間利用率高。貯箱內側空間可以敷設導管、電纜甚至還可以布置發動機或其他設備、有效載荷等。Bloostar火箭一、二子級都採用環形結構，最外側為一子級，包裹著二子級。中心為三子級，有效載荷固定在中心的三子級上，如此設計最大限度的發揮了環形貯箱的優勢。

除以上這些串、並聯火箭外，還有一些火箭的設計十分獨特：

太空梭是一種部分可重複使用進出太空的航天器，它採用垂直發射的方式將各類航天器送入太空。太空梭主要由軌道飛行器、外貯箱、助推器組成，發射後助推器通過傘降方式回收、外貯箱則是一次性使用。軌道飛行器能夠像載人飛船那樣在軌道上運行，執行完任務後返回時則像滑翔機那樣在大氣層中水平滑翔著陸。太空梭為人類自由進出太空提供了很好的工具，是航天史上的一個重要里程碑。

1991年NASA資助麥道公司開發了一種叫做「三角快帆」的單級入軌火箭驗證機。1993年，這枚三角形的火箭第一次升空，飛行59秒之後穩穩地垂直降落在亨廷頓試驗場上，這是世界上第一艘以火箭動力進行垂直起降的可重複使用運載器。

飛馬座火箭（Pegasus rocket）是美國軌道科學公司研製的一種通過空中發射平台發射的空射型運載火箭。空射火箭有許多優點：首先，空射火箭的機動性好，不受固定發射地點的限制，可以大大拓展發射點選擇範圍。其次是空射火箭能做到快速反應。最後是空射火箭的發射成本相對較低，在相同的起飛重量下，比從地面發射具有更大的運載能力，空基發射可節約發射成本高達30%。飛馬座火箭採用了上單翼+尾翼布局，整體構型與飛行十分相似。

維珍銀河（Virgin Galactic）公司是一家私人太空旅遊公司，其計劃提供亞軌道私人太空飛行服務。「太空船二號」是一種空射航天器，大小就像一架輕型飛機，長18米。母船「白色騎士二號」搭載「太空船二號」起飛，將飛船和乘客送入距地1.524萬米的高空，然後與飛船完成脫離。飛船尾部有火箭助推裝置為其掙脫地球引力提供動力。兩翼設有可移動的、如同翅膀般的穩定鰭，這種設計使飛船更易於操控，著陸時更安全。飛船進入距地10.9728萬米的太空，乘客將感受4到5分鐘的微重力狀態，此時他們可以通過窗口度欣賞到1000多英里以內的太空景色。

美國藍色起源公司的「新謝潑德」飛行器集火箭與飛船於一體，主要目的是為了進行載人亞軌道飛行，其可以垂直降落重複使用。「新謝潑德」從地面垂直起飛，飛到一定高度後火箭與飛船分離，火箭先行返回，在接近地面時一個發動機點火，著陸支架展開在目標著陸場垂直降落。飛船採用傘降著陸，其最大的亮點在於擁有超大的觀景窗（1.1米×0.75米），這將給乘客帶來無與倫比的乘坐感受。