捆綁式火箭:航天設備-中文百科頻道

發展曆程

為了戰勝地球引力進入太空，我們必須利用火箭。然而單級火箭是達不到這個目的的。俄國科學家齊奧爾科夫斯基首先提出了“火箭列車”的概念，就是把兩節以上的火箭串聯或并聯起來，組成一列多級火箭來提高火箭的速度，最終使末級火箭達到第一宇宙速度。

多級火箭利用了一種質量抛扔原理，即火箭發射後，把已經完成任務的無用的結構抛掉，使火箭發動機的能量最大限度地用于提髙火箭的動能，從而間接地減輕火箭的結構質量，實現輕裝前進”。這樣，在使用同樣性能的火箭發動機和相同技術水平的箭體結構的條件下。用單級火箭無法達到的第一宇宙速度，而用多級火箭就能實現。

世界各國現有運載火箭數十種，其大小不等，形狀各異，但其結構形式基本上分為兩類：一類是各級首尾相連的串聯式火箭；另一類是下面兩級并聯、上面一級串聯的火箭，也稱捆綁式火箭。運載火箭的大小，由其飛行任務的有效載荷和飛行軌道而定。若飛行軌道相同，有效載荷越重，則火箭起飛質量也越大；若有效載荷不變，飛行軌道越高，火箭的起飛質量也越大。在通常情況下，發射一顆質量為1噸的衛星，運載火箭質量為50-100噸。如美國發射阿波羅載人登月飛船的“土星5号”運載火箭，全長110.7米，直徑10米，起飛質量為2840噸；而阿波羅飛船的質量隻有41.5噸。“土星5号”是世界上最長的“火箭列車”，它由三級火箭串聯而成。

大多數“火箭列車”都屬于串聯式多級火箭，因為這種火箭的級間分離容易實現，成為運載火箭首選的結構。而捆綁式火箭是把若幹助推火箭均勻地成雙捆綁在芯級火箭的四周.火箭發射後助推火箭首先工作，完畢後再與芯級火箭分離。捆綁式火箭的最大優點是可以明顯縮短整個火箭的長度，因為助推火箭不單獨占有火箭的長度，從而避免了因火箭細長比太大，而給結構制造和飛行所帶來的種種困難。由于捆綁上去的火箭不增加火箭的總長，我們也把這部分的火箭稱為半級火箭，如兩級火箭加上捆綁，就稱作兩級半火箭。

但是，捆綁式火箭在技術上難度更大。因為火箭在飛行中級間分離，一要絕對安全可靠，二要不因分離而影響芯級火箭的工作和姿态。捆綁式火箭采用側向分離，相對串聯式火箭的縱向分離，技術複雜性要高得多了。我國的“長征二号E”和“長征三号B”運載火箭，就是在原有的二級和三級火箭基礎上，分别在芯級增加了四個捆綁上去的助推火箭。相對未捆綁的火箭，它們的運載能力都提髙了3倍多。

首次把捆綁技術應用在火箭上的，是前蘇聯著名的航天總周圍捆綁4台助推火箭，成功地發射了世界上第一顆人造地球衛星。

捆綁技術除在運載火箭上廣泛使用外，某些導彈武器也有采用。

特點

捆綁式火箭的特點是在第一級火箭外面均勻地捆綁着幾個助推火箭，在火箭發射時，助推火箭首先工作，待燃料耗盡後與主火箭分離，這時主火箭才點燃啟動。其最大的優點是明顯縮短了整個火箭的長度。因為助推火箭不單獨占有火箭的長度，這樣不僅避免了火箭長度的增加給火箭制造和飛行所帶來的種種困難，而且能增加主火箭的速度。捆綁式火箭的技術難度很大，它采用側向分離設計，這種技術的優點是充分利用技術成熟的火箭發動機，搭配大推力運載工具，以适應不同的發射需要。在火箭發射時，助推火箭首先工作，待燃料耗盡後與主火箭分離，這時主火箭才點燃起動。

長征二号E

中國的“長征二号E”捆綁式火箭(俗稱“長二捆”)在成功地發射了3顆澳星和1顆亞星後，在國際國内産生了廣泛的影響。

“長征二号E”火箭是在高度成功的“長征二号丙”(CZ-2C)運載火箭基礎上研制的。在我國長征系列運載火箭中，“長征二号丙”是十分重要的一個型号。自1974年以來，“長征二号丙”已發射了18顆遙感衛星，發射成功率很高。“長征二号丙”火箭還為我國航天事業帶來了很高的國際聲望。1986年和1987年，我國曾先後兩次用它為法國和德國進行空間微重力實驗載荷搭載服務。1992年10月，我國利用“長征二号丙”火箭發射了瑞典的第一顆人造衛星。由于“長征二号丙”的可靠性很高，它成了我國運載火箭系列的基礎和核心型号，後來的“長征三号”和“長征四号”都是以它為基礎研制的。曾為中國航天帶來國際聲望的“長征二号E”捆綁式火箭(CZ-2E)也是以它為基礎，采用捆綁技術發展而來的。可以說，“長征二号丙”為中國航天事業的發展立下了汗馬功勞。

“長征二号E”的研制受80年代後期國際上應用衛星大型化發展趨勢的影響，在研制過程中采用了許多新技術，最重要的是在第一級捆綁了四個助推器，從而大大提高了運載能力。其他改進的措施還包括：加長中央芯級箭體，使兩級發動機工作時間大大延長；二級發動機采用了大噴管，挖掘了發動機的潛力，使運載能力有了進一步提高；采用了新的推進劑利用系統；研制出直徑4．2米，長10．5米的大整流罩，從而可适應不同載荷的要求，還能進行一箭多星發射。完整的“長征二号E”火箭總長50米，起飛重量460噸，起飛推力600噸，近地軌道運載能力達9.2噸。

1990年7月16日，“長征二号E”在西昌衛星發射中心首次發射成功。1992年8月14日和12月21日，兩枚“長征二号E”火箭先後發射成功，順利地将．“澳星”B1和B2按合同要求送人預定軌道。這兩次發射正值國際航天年，無論是在中國的哪個地方，“長二捆”和澳星都成了人們街談巷議的熱門話題。同時，“長征二号E'’的研制成功，在國際上也産生了相當大的影響。1994年8月28日和1995年11月28日，“長征二号E”又發射成功“澳星”B3和“亞洲二号”通信衛星。

“長征二号E”是怎樣把大型通信衛星送人軌道的呢?我們知道，不同的衛星有不同的運行軌道。通常可把衛星軌道分成三類，即低軌道i太陽同步軌道和地球靜止軌道。通信衛星運行在地球靜止軌道上，它是地球赤道上空高度為35860千米的圓形。在這個軌道上運行，它的周期正好是24小時，因此在地面上看它好像是不動的。這對于通信十分有利。國際上現有的運載火箭有的可直接将衛星送到這個軌道上，但采取這種方式也有不少缺點，一是對火箭技術和可靠性要求很高，二是運載能力較低，三是能量消耗較大。另一種方法是用三級火箭先将衛星送人地球同步轉移軌道，再由衛星自己的發動機推進進入地球同步軌道。還有一種常用的發射同步通信衛星的方法是采取三個步驟，接力式地把衛星送入靜止軌道。“長征二号E”就是采取這一方式。

首先，“長征二号E"垂直發射，兩級先後點火将專門研制的通用近地點變軌發動機(簡稱火箭上面級)連同衛星一道送入高度約200～300千米高的近地軌道。這個軌道隻是臨時的，所以也稱停泊軌道。這時，“長征二号E’'火箭的使命也就結束了。在經過調整和測控後，上面級發動機點火，将衛星推到遠地點為35860千米的大橢圓軌道上，上面級與衛星分離，這是第二個步驟。最後，當衛星運行到與同步軌道相切的遠地點時，衛星上帶的發動機(稱遠地點發動機)點火，進入地球靜止軌道。為使衛星真正與地球同步，還須利用衛星上的微小發動機進行較長時間的軌道調整。