(三)现代的火箭结构
现代的火箭是一种拥有极其复杂构造的运载工具。主要由箭体结构、推进系统、制导系统三大部分组成。它一般包括推进剂及其贮箱、动力装置、制导与控制系统、分离系统、电源系统和有效负载(卫星或航天飞船)等部分。
(1)箭体结构
它是安装与连接有效载荷(卫星、宇宙飞船)、仪器设备和动力装置等。有效载荷装在仪器有效载荷舱上面,外面有整流罩,在火箭飞出大气层后,整流罩即抛掉。分离系统是用来分离火箭的整流罩及已失去效用的部分装置。火箭运载的卫星或宇宙飞船都安置在火箭的头部。当火箭在穿越稠密大气层时,由于迎面气流的猛烈冲击和摩擦,不但阻力很大,而且使火箭头部温度很快升高。为了减少阻力,保护卫生等设备,就要为火箭头部安上一个流线型、耐高温的罩子,称为整流罩。到了约120千米的高空,空气已很稀薄,整流罩失去意义,为了减轻火箭的负担,就需要将它们分离,抛弃。还有,火箭常常分几级,那些燃料用完的部分也需要逐级分离、抛弃。为了增大运载能力,大部分运载火箭的第 一级捆绑有助推火箭,数量根据需要而定。美国的“德尔塔”、法国的“阿里亚娜”和中国的”长征-2E”,都是捆绑式火箭。
(2)推进系统
推进系统由发动机和推动剂输送系统组成。在整个火箭中,推进剂及其贮箱常常占据了火箭整体的很大一部分。正是由于推进剂燃烧后产生的高温高速气流从尾部喷出,火箭才能前进。常用的火箭推进剂有固体与液体两种。固体推进剂起源较早,动力装置比较简单,能瞬时发射,常用于军事导弹中,液体推进剂燃烧的能量较高,且易于调节与控制,多用在航天火箭上。最理想的推进剂由液氢和液氧组成。因液氢相对密度小,占据的体积比同样质量的水大14倍,故它的贮箱容积较大。另外,液氢和液氧的温度都很低,液氧在-183摄氏度以下,液氢在-253摄氏度以下。这样低的温度会使许多材料发生脆化。还有,混杂在液氢中的其他液体或气体杂质几乎都会结冰,堵塞管道。这些缺点给贮箱与管道的制造与使用,提出了十分苛刻的技术难题。推进剂输送系统的作用犹如人的血管,使液体推进剂在发动机的涡轮泵入口处具有一定压力,涡轮泵能保持较高的效率工作。运载火箭一般采用液体推进剂,第一、二级多用液氧、煤油、四氧化二氮或偏二甲肼;末级用液氧、液氢高能推进,这种低温液体火箭技术比较复杂,目前只有美国、俄罗斯、法国、中国和日本等少数国家掌握。助推火箭多采用固体推进剂,也有用液体推进剂的。火箭的另一重要部件,便是装在火箭末端的火箭发动机,推进剂就是在这里燃烧,并通过它那像钟形的喷口向外喷射高速气流的。一枚火箭带有几个发动机协同工作。如运送“阿波罗”飞船登月的“土星5”号火箭,就有5个发动机,每个发动机能产生692.8吨力的推力,其总推力为3464吨力。发动机高为5.4米(相当72层楼),其连续贮箱的燃料供应管,可容一人在里面爬行。
(3)控制系统
控制系统由惯性器件、中间交换装置、执行机构及电源配电系统组成。惯性器件有陀螺仪、加速度表等,用于测量火箭的加速度,并把数据传输给由数/模、模/数转换装置。火箭空间的飞行的特点是速度快、路途远。发射时差之毫厘,就会失之千里,所以必须要有精确的制导系统。制导系统主要由电子计算机、惯性测量器件及相应的执行部件等组成。电子计算机好像是火箭的大脑,而惯性元件则是火箭的感觉器官。在飞行中,惯性元件不断提供火箭在各个运动方向的加速度等状态数据,计算机便根据这些数据算出火箭在某一时间的位置与速度,并与预设的要求进行比较,得出差值,然后据此发出一系列指令,由执行部件依照指令进行修正,以保持正确的飞行状态。
电源设备用来对火箭供电。目前大多用化学电池,也有用太阳能电池或核电源。
火箭上还要装备通信设施,以便与地面联络。
按不同飞行任务,运载火箭分三类:①携带仪器射向高空进行大气测量的运载火箭,称为探空火箭;②携带各种弹头打击敌方目标的运载火箭,称为弹道式导弹;③把卫星或飞船送上轨道的运载火箭,称为卫星(飞船)运载器。