运载火箭
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读这一主题的简要总结
运载火箭,在航天,一个火箭驱动车辆用于运输之外的宇宙飞船地球的大气地球轨道上或外其他目的地空间。实际已用于发送载人运载火箭宇宙飞船,“探针自1950年代以来,卫星进入太空。他们包括联盟号和质子发射器的俄罗斯以及一些军事导弹改装;俄罗斯正在研发一种新的家庭叫安加拉河的发射器。欧洲运营阿丽亚娜V和织女星发射器。的美国操作航天飞机直到2011年退休。美国目前的车辆包括发射阿特拉斯,δ,猎鹰,心大星消耗品助推器。
以达到地球轨道,运载火箭必须加速航天器有效载荷的最低速度每小时28000公里(17500英里),它是大约25倍声速。为了克服地球引力等前往目的地月亮或火星,宇宙飞船必须加快速度约为每小时40000公里(25000英里)。最初的加速度还必须提供迅速以减少运载火箭需要的时间交通压力呢环境的气氛,这段时间车辆的火箭引擎和其他系统必须在操作性能的限制;从地球表面和大气层发射通常达到轨道速度在8 - 12分钟。如此快速的加速度需要一个或多个火箭发动机燃烧大量的推进剂在高速度,同时车辆控制,跟随其计划的轨迹。最大化航天器的质量,一个特定的运载火箭可以携带,车辆的结构重量保持尽可能低。大部分的运载火箭实际上是它的重量推进剂即:,fuel and the oxidizer needed to burn the fuel. Designing reliable launch vehicles is challenging. The launchers with the best recent records have a reliability rate between 95 and 99 percent.
除了部分可重用的美国航天飞机和苏联布兰车辆(只飞一次),迄今所有运载火箭设计只有一个单一的使用;他们因此被称为一次性运载火箭。成本从超过1000万美元每个使用的小型运载火箭把打火机有效载荷送入轨道的数亿美元的载重所需发射器,进入太空是很昂贵的,成千上万的美元每公斤的轨道。航天飞机的复杂性使其极其昂贵的操作,尽管航天飞机系统可重用的部分。试图开发一个完全可重复使用的运载火箭为了降低进入太空的成本迄今为止没有成功,主要是因为成功开发所需的推进系统和材料的车辆没有可用的。
同时拥有自己的运载火箭和发射的地方都是先决条件,如果一个特定的国家或国家集团想要执行一个独立的太空计划。到目前为止,一些实体-俄罗斯,美国,日本,中国,欧洲国家欧洲太空总署,以色列,印度,伊朗,都北和韩国——目前成功地开发和维护自己的太空发射能力。这些能力包括其他国家有抱负巴西和巴基斯坦。从历史上看,许多来自发射器弹道导弹和新的国家发展航天发射能力之间的联系,获取远程军事导弹是一个持续的安全问题。
大多数运载火箭已经过政府资助,尽管其中一些运载火箭已经移交给私营部门提供商业空间的一种手段运输服务。特别是在美国,也有很多企业试图开发一个私人资助运载火箭;一个公司,太空探索技术(SpaceX),已成功开发了猎鹰运载火箭的家庭。
起源
大多数航天发射车辆跟踪他们遗产为军事目的开发弹道导弹使用在1950年代和60年代初。这些导弹依次是基于的想法首先开发的康斯坦丁·Tsiolkovsky在俄罗斯,罗伯特·戈达德在美国,和赫尔曼跟着自己在德国。这些先驱者的太空探索认识到发展的中心成功发射车辆如果人类进入太空。
Tsiolkovsky在19世纪末是第一个认识到需要火箭是由独立的阶段如果他们实现轨道速度。跟着自己的经典1923年出版Rakete祖茂堂den Planetenraumen死去(“火箭进入星际空间”),解释了火箭技术的数学理论和理论应用于火箭的设计。跟着自己的作品也创造了许多德国火箭俱乐部爱好者试图把跟着自己的想法变成实际的设备。戈达德是第一个建立实验液体燃料火箭;他的第一个火箭,发射在奥本,麻萨诸塞州1926年3月16日,上涨12.5米(41英尺),旅行56米(184英尺)从其发射的地方。
v - 2
在戈达德花1930 - 41新墨西哥在隔离工作日益复杂的火箭实验,第二代的德国,苏联,美国火箭先驱出现在1930年代。特别是领导的一个团队沃纳·冯·布劳恩,为纳粹时期的德国军队工作,最终被称为开始发展v - 2火箭发射的。尽管建造作为一种战争武器,v - 2后担任的前身中使用的运载火箭的一些早期美国的太空计划,在较小程度上,苏联。
早期美国运载火箭
的结束第二次世界大战和的开始冷战,火箭的研究关注在美国和苏联导弹用于军事的发展,包括中程弹道导弹(基)能够携带核弹头的距离大约2400公里(1500英里)和洲际弹道导弹(洲际弹道导弹)越洋范围。布劳恩和他的团队已经运往美国战后,连同许多捕获的v - 2火箭。这些火箭发射的军队支持下获得操作和技术经验。布劳恩的团队在1950年代开发了木星IRBM,在许多方面的导数v - 2火箭。木星的一个版本是第一个美国的运载火箭人造卫星,资源管理器1、1958年1月31日推出。另一个名为雷石东的v - 2阶导数,是用来发射美国第一宇航员,艾伦谢泼德5月5日,1961年,亚轨道飞行。
另一条线的发展在美国工业在1950年代初纳瓦霍人巡航导弹。(巡航导弹飞像无人驾驶飞机目标,而不是之后弹道轨迹的IRBM)。这个程序是短暂的,但火箭发动机为纳瓦霍人开发的,这本身就是来源于v - 2引擎,反过来用于使用在许多第一代弹道导弹,包括托尔,另一个IRBM,阿特拉斯和泰坦,前两个美国的洲际弹道导弹。阿特拉斯的版本被用于发射约翰·格伦美国在第一次轨道飞行2月20日,1962年,泰坦是适应二人的运载火箭双子座1960年代中期计划。
总统之后。约翰•肯尼迪(John f . Kennedy)的在1961年宣布把人送上月球将是一个国家目标,布劳恩和其他人的内外国家航空和宇宙航行局(NASA)着手开发一种运载火箭,将使月球任务的基础上会合在地球或月球轨道。布劳恩的团队已经有了一个更强大的火箭土星我在开发;先进的设计,用于月球任务,被配置为使用5 f - 1发动机和在此基础上被任命为土星V。
的土星五号阿波罗飞船上站110.6米(363英尺)高;升空时其重量超过3000000公斤(6600000磅)。第一阶段提供了33000牛顿(7500000磅)的升力起飞。第二阶段火箭加速到每小时24600公里(15300英里),或近轨道速度。第三阶段加速宇宙飞船的速度每小时39400公里(24500英里),或在每秒10公里(6英里),发送三个阿波罗船员向月球。土星五号是阿波罗计划从1968年到1972年期间使用,启动了太空实验室空间站在1973年。
土星运载火箭的家庭,也包括土星IB,是第一个美国运载火箭家庭专为太空开发使用。越强大的土星IB是用来发射阿波罗宇宙飞船绕地球轨道运行的任务和在美国阿波罗-联盟测试计划在1975年苏联。阿波罗-联盟之后,土星家族退役美国决定使用航天飞机作为未来政府有效载荷唯一的运载火箭。
早期苏联运载火箭
类似的模式是在苏联。在火箭先驱的方向谢尔盖Korolyov,苏联在1950年代开发了一个洲际弹道导弹这是一个沉重的核弹头美国的目标。洲际弹道导弹,被称为他用r7或Semyorka(7号),1957年8月21日首次成功测试了。因为苏联的核弹头都基于一个重型设计,他用r7有更高的举重能力比最初的美国的洲际弹道导弹。当用作太空运载火箭,这给了苏联早期优势的重量可以放置在轨道上或发送到月球或附近的行星。有很多的变体他用r7的舞台上,每一个都有不同的名字,通常有效负载的匹配,每个优化执行特定的任务。未经修改的他用r7被用于发射第一个苏联卫星,人造卫星1、1957年10月4日,一个他用r7的变体,Vostok了第一个苏联宇航员在他们中间尤里加加林4月12日,1961年,成为第一个环绕地球的人。其他变体包括Voshkod,用来发射侦察卫星,Molniya,用来发射通信卫星。多用途的变体,联盟号,于1966年首次使用,后来许多变体和改进,仍在服务。这个家庭的运载火箭进行了比世界其他国家的太空发射的运载火箭结合。
在1960年代初,苏联设计师开始工作N1最初的设计进行旅行,需要真正的载重能力(即能力提升超过80000公斤(176000磅)低地球轨道)。当苏联在1964年决定比赛美国首次登月,N1,成为唯一的任务。N1是五级。N1车辆和L3登月飞船安装在它站在105米(344英尺)高,燃料时重达2735000公斤(6000000磅)。提供44000牛顿(10000000磅)的推力需要提升车辆的发射台,30小火箭发动机,点火一致,是必需的。
有四个N1尝试1969年2月到1972年11月推出。都失败了,第二次测试发射,1969年7月3日车辆在发射台爆炸,摧毁,导致推迟两年。1974年,N1计划被取消了。
在1976年批准了的发展能源重型运载火箭(以开发设计部门)及其主要任务,航天飞机布兰。能源可以举起100000公斤(220000磅)到低地球轨道,略高于土星v .起飞推力为29000牛顿(6600000磅)。能源是60米(197英尺)高。它的宇宙飞船有效载荷是附加到它的核心阶段,不放置与几乎所有其他运载火箭。
公司的第一次发射是在1987年,香港理工大学,一个军事空间实验平台,作为它的有效载荷。1988年发射的第二个也是最后一个布兰绕它唯一的任务,没有一个船员上船。能源被认为过于昂贵了苏联继续运营,也没有其他用途车辆出现。
探空火箭
另一个贡献者太空发射能力的发展后第二次世界大战期的工作探空火箭,用于携带科学仪器和其他设备可以达到的高度高于高海拔气球但没有能力加速轨道速度的有效载荷。相反,探空火箭提供数据收集的几分钟时间大气层仪器携带;这些工具然后落到地面。大多数国家已经开发出太空发射能力首先发达探空火箭,以及其他因素,一种积累经验与运载火箭所需的技术开发。探空火箭仍然使用了某些领域的科学调查,不需要更多的成本和技术要求进入地球轨道。