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火箭的原理和制造方法
[ 录入者:admin | 时间:2016-06-28 16:33:15 | 作者: | 来源: | 浏览:429次 ]

文章来源:北京大学空间物理与应用技术研究所网站(http://www.space.pku.edu.cn 

作者:北京大学空间科学与技术专业2013级本科生孙翌馨


火箭是干啥的?

Long long ago,当我第一次听说地球与空间科学学院时,我以为它是造导弹的:地空,地对空,地对空导弹,多么顺利成章的句子扩充。后来,大一的某个早晨,一位满头白发的外国老大爷问:What’s your major?俺说:Space physics.大爷说:Oh,making rockets!俺:……

Sowhat is rocket?首先,它不是导弹。Guided missile:依靠自身动力装置推进,由制导系统导引、控制其飞行弹道,将战斗部导向并摧毁目标的武器。导弹摧毁目标的有效载荷是战斗部,即弹头。你在抗战片里看到的绿绿的火箭弹,其实是靠火箭发动机推进的非制导弹药。运载,才是现代火箭最广泛的使用功能。将弹头的位置做置换,可以得到花式火箭功能:

火箭+弹头=导弹

火箭+卫星=运载火箭

火箭+探测器=探空火箭

火箭+Na+Cu+Li+K=烟花!!!


火箭咋能飞起来?

原理很简单:牛三。

然而早在1687年就已经提出的牛顿运动定律,直到1903年才被应用到现代宇宙航行学。俄国人齐奥尔科夫斯基发表了世界上第一部喷气运动理论著作《利用喷气工具研究宇宙空间》,提出了液体推进剂火箭的构思和原理图,并推导出在不考虑空气动力和地球引力的理想情况下,计算火箭在发动机工作期间获得速度增量的公式:

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航天之父于是得出结论,在喷射速度不变情况下,最大火箭终速度只与起飞质量与最终质量(扣除燃料质量)之比有关,与燃烧过程和时间无关。他创造性地提出过河拆桥的伟大构想,使用多级火箭,用一级扔一级,以减少对非燃料部分的做功,降低对燃料重量的需求,同时可以根据轨道要求,优化选择每一级的推力。因此这些年我们看到的火箭发射过程,大都可用丢盔卸甲来形容。


造火箭三步走

如果非要用三个步骤分解火箭从零到一的过程,那么大约可以勉强分为设计、制造、试验三个部分。然而作为复杂工程,其中的关节错综复杂,需要不断地迭代开发。毕竟这是个烧钱闹不好还要命的事。光是小小的卫星,就要至少经历振动试验、离心加速度试验、冲击试验、噪声试验、热平衡试验、气动加热试验、地面调温试验、热缩比模型试验……更何况是相比之下堪称庞然大物的火箭呢。说到这儿必须向每一个严谨认真的航天人致敬了。

敬礼!

说回火箭。造火箭之前,想明白你造的火箭要干啥。把需要与可能结合起来,制定出切合实际的指标。初步设想出,乘客体重有多重,目的地在多远的远方。(典型轨道的运载能力,入轨精度,对重量不同的有效载荷的适应性和可靠性。)打算一下带哪种干粮,坐火车去还是坐小船去。(方案设计:推进剂和发动机类型、级数、连接方式、操纵机构型式、分离方式、箭体各段结构型式、火箭外形和部位安排,选择总体参数、确定总体方案和对分系统提出初样研制任务书。)然后就该建的建该买的买(锻铸毛坯、钣金成形、 数控铣切、部件装配连接、火箭总装)。造个雏形后是骡子是马拉出去溜溜(各种检测),不行回头再改。(初步设计,基于初样产品试验的又一轮总体设计,为分系统技术设计提供依据。)反复几次,得出最终方案。(技术设计,在初步设计的基础上编制用于指导产品生产、试验、验收的工程图纸和技术文件。)定型生产。接下来,成败就看最后一响了。

当然了,以上在是严肃认真地造火箭,如果你是只和我一样的蛇精病,请按照以下步骤进行:

打开电脑

下载单机游戏坎巴拉太空计划

在无数次爆炸中炼出你的火箭!


818长征系列火箭

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还记得1970年那颗唱着东方红的卫星吗?没错,那就是长征一号运载火箭发射的。其实大家最熟悉的可能是长征二号F型,它将我国十艘神舟号载人飞船,(注意,一共只有十艘)和天宫一号空间试验室成功的送入太空预定轨道。长征三号运载火箭首次发射外国卫星(美国的),证明了我国火箭的国际实力和竞争力。长征四号系列中的风暴一号发射了中国的第一组空间物理探测卫星(此处撒花)。长征五号/远征二号预计于20169月底至10月初首飞,成功后将成为我国大力士TOP1。长征六号最高产,曾一次将20颗微小卫星送入太空。长征七号,就是昨天发射今天刷屏的那位,防雨又防风,全液氧煤油燃料,无毒又无害(如果它排放的那点CO2不算啥)。

总结,CZ们,牛的很。


可回收火箭的大潮

当然,发出去的火箭还能回收的,目前地球上只有SpaceXBlue Origin。多年来航天发射成本一直居高不下,每送4箱矿泉水上天的成本,就可以在北京买一套小一居(400万人民币),重要原因就是发射航天器的运载火箭是一次性使用的。如果运载火箭可以重复使用,就可以大大降低成本。猎鹰9火箭总造价约为5000万美元,而其推进剂的成本只有20万美元。所以如果能回收并重复使用第一级,可节省资金80%;如果第二级也能回收并重复使用,发射成本将降至目前的1%

然而如同航天飞机被放弃的原因,猎鹰9号发射、回收后,在不同的任务轨道和返回地点情况下,它的运载能力损失在30%以上,维修仍是很大的费用,因此目前一次性使用的运载火箭仍然是主流。但毫无疑问,可重复使用已势不可挡。在这场大潮中,中国是不是要被拍在沙滩上了?中国运载火箭技术研究院研发中心可回收火箭团队负责人申麟曾说,不用担心,中国运载火箭技术研究院研发中心一直在做可回收火箭的研发,我们只是说得少而已。

对,无需担心。世界上第一枚液体火箭发明者罗伯特·戈达德有句名言:昨天的梦想就是今天的希望、明天的现实。如果高考前我听说过这句话,它一定会被用上千百遍,但这句话,任何时候知道都不晚。

航天本就是人类过去的幻想,如今她已伫立眼前。明天又是何等风景?

别只是静静地看着!说你呢!

 
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