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2.火箭构造

2022-03-10 23:30 作者:科学网  | 我要投稿

2.火箭构造

运载火箭通常由整流罩和芯级两部分构成,有的火箭会有助推器,载人火箭上还会有逃逸塔。以长征二F载人火箭为例,从上到下依次为逃逸塔、整流罩/有效载荷、火箭芯级以及助推器。

长征2F载人火箭结构示意图


一、逃逸塔

载人火箭与普通火箭在外形上最显著的一个区别,就是载人火箭的顶端安装着一个尖尖的逃逸塔。当火箭发生危及性命的紧急情况时,这个逃逸塔能够与其他火箭部件组成逃逸飞行器,带航天员迅速逃离危险区。

我国发射载人飞船的火箭——长征2F载人火箭能够在火箭起飞前90秒至起飞后120秒的时间内,也就是火箭的飞行高度在0到39千米左右时使用。在火箭发射前90秒到起飞后120秒这个时间段内,火箭若是发生各种危及航天员生命安全的故障,逃逸塔会带着载人飞船迅速飞离火箭航向,到达安全的上空。随后,飞船返回舱会从逃逸塔中分离出来,带着航天员安全着陆到地面上。

 

逃逸飞行器救生过程示意图


二、整流罩

整流罩也称为有效载荷整流罩,位于火箭头部,是火箭送入太空的“货物”——有效载荷的保护罩,其主要功能是为有效载荷提供一个相对封闭的适宜的环境,保护它们不受外界因素(尤其是起飞后由高速气流产生的气动力、气动热和噪声等因素)的影响,安全穿越大气层。而火箭冲出大气层后,整流罩就必须及时分离,以免影响到运载能力。

长征2F载人火箭的有效载荷是神舟飞船,为了保证航天员的安全,在整流罩的上部增加了逃逸系统结构(包括逃逸塔和上、下支撑机构及栅格翼等),因此,整流罩壳体的结构也相应作了调整。

整流罩壳体从上到下由前锥段(含球冠)、前柱段、后锥段、后柱段及倒锥段组成,前端装有逃逸塔,后端与仪器舱相连接。其中,前锥段、前柱段和后锥段又称为上部整流罩,它们与逃逸塔及飞船逃逸部分组成逃逸飞行器;后柱段和倒锥段称为下部整流罩,不参与逃逸飞行。除了环向连接外,整流罩壳体纵向分为两个对称的半罩,通过纵向解锁机构(连接-分离装置)连为整体。壳体的内、外表面上安装了多个功能机构或组件:前锥段内表面上有3组上支撑机构;前柱段外表面上分布了2个高空分离发动机和4个高空逃逸发动机,壳体上还开有1.1米×1.1米的全箭最大的舱口——航天员进出舱口;后锥段内表面上装了3组下支撑机构和2套灭火装置(防止逃逸分离过程中可能发生的火灾),而外表面上安装了4个栅格翼;倒锥段下部纵向分离面两侧各装有8根分离弹簧组件。

整流罩结构

 

三、多级火箭(芯级)

要实现宇宙航行,火箭速度需要达到第一宇宙速度即7.91千米/秒,目前单级火箭所能达到的最高速度不超过6千米/秒,无法实现宇宙航行。为了达到这一速度以进行宇宙航行,各国都采用了多级火箭,也就是说火箭由很多“节”组成。在这种火箭中,火箭的每一“节”都是一个单级火箭,它们有自己的发动机、推进剂、控制系统和伺服机构。这些单级火箭串联或并联起来,就组成了多级火箭。

多级火箭飞行时,最下面的第一级先工作并使火箭达到一定速度,完成任务后这一级被抛掉;接着在此速度的基础上启动第二级进一步加速,完成任务后再抛掉;随后再用第三级甚至第四级加速,这样,飞行中火箭的“身体”被一节一节抛掉,推进剂能量不会过多耗费在加速无用的空贮箱上,火箭轻装前进,越飞越轻,速度逐级提高。运用这种多级火箭的“接力”技术,最终可超越第一宇宙速度,实现宇宙航行。

四、助推器

芯级和助推器


在运载火箭或导弹上与第一级芯级并联(纵轴平行或倾斜一个小角度)安装连接的助推器。它在起飞和爬升段为飞行器提供辅助推力,完成助推任务后从飞行器上分离抛掉。捆绑式助推器可以采用液体火箭发动机,也可以采用固体火箭发动机。捆绑式助推器与飞行器第一级之间的连接一般采用机械分离连接结构。捆绑式助推器在各种运载火箭上得到了广泛应用。

 

 

整理自

黄春平,等.通天神箭——解读载人运载火箭[M].北京:中国宇航出版社,2011.

沈力平. 神舟六号航天专家告诉你[M]. 北京:中国宇航出版社,2005.

中国航天科普微信公众号. 逃逸飞行器是什么?它是如何救助航天员的?[EB/OL].. https://mp.weixin.qq.com/s/flEfMQGf6almeK4lQdtcdQ 


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