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漫谈火箭和卫星 p陈伟 火箭和卫星的诞生 火箭的原理 卫星的原理 中国的长征火箭 中国的卫星 神州飞船 古代的火箭 古代火箭主要被用作军事武器，据史书记载，宋神宗元丰六年(公元1083年)，北宋抵抗西夏入侵时，一次就利用火箭25万支。在12～16世纪的宋、元、明3个朝代，我国古代火 箭在军事上得到广泛的应用。在众多史书记载的许多火箭中，可以找到现代火箭的各种雏型或胎坯：多级火箭雏型“火龙出水”。龙身两侧前后的4支大火箭把火龙抬离水面并向前飞行，这时引燃龙腹内的众多小火箭飞向敌船。 现代火箭的诞生 俄国人康·爱·齐奥尔科夫斯基(1857～1935)，是世界上公认的宇宙航行理论奠基人，在他的一生中，对宇宙航行的所有基本问题都从理论上进行了研究，并得出了正确的结论。　　在宇宙航行动力方面，早在1883年，他就在《外层空间》一书中，发展了反作用推进理论，第一个从理论上证明，火箭能在空间真空环境工作。随后他又在1903年出版的《火箭进入宇宙空间》一书中指出，燃料烧完后的火箭质量(Mo)越大，火箭的性能越好；发动机喷管排出的气体的速度(W)越快，火箭的速度(V)越高。由此，他提出了宇宙航行理论中最重要、最基本的公式，即火箭公式V=WLn（Mo/Mk）,式中Mk为包括燃料在内的火箭质量。这个公式后来被称为齐奥尔科夫斯基公式。  在火箭燃料方面，他指出固体燃料能量 太低，固体燃料火箭不容易控制，作为宇宙 航行动力的火箭，应使用液体燃料，它可以 用汽车油门一样的东西来控制流量，也就是 控制推力。最好的液体燃料是液氢和液氧。 但当时的工业技术还无法制造液氢。齐奥尔 科夫斯基就大胆地设想用煤油和液氧做火箭 燃料。 通过计算，齐奥尔科夫斯基进一步指 出，单级火箭能达到的最大速度为9千米/ 秒，由于空气阻力等造成的速度损失，实际 速度只有7千米/秒，这还达不到克服地球引 力所需要的7.9千米/秒的第一宇宙速度，更 不用说摆脱地球引力和太阳引力的第二、第 三宇宙速度了。这就得出了用多级火箭实现 宇宙航行理想的结论。 第一颗人造卫星 世界上第一颗人造地球卫星是人造地球卫星1号，是1957年10月4日发射的。它的本体是一只用铝合金做成的圆球，直径58厘米，重83．6公斤。圆球外面附着4根弹簧鞭状天线，其中一对长240厘米，另一对长290厘米。卫星内部装有两台无线电发射机棗频率分别为20．005及40．002兆周，无线电发射机发出的信号，采用一般电报讯号的形式，每个信号持续时间约0．3秒，间歇时间与此相同。此外还安装有一台磁强计，一台辐射计数器，一些测量卫星内部温度和压力的感应元件及作为电源的化学电池。它在拜克努尔发射场由一支三级运载火箭发射。起飞以后几分钟，卫星从第三级火箭中弹出，达到第一宇宙速度（7．9公里／秒），进入环绕地球飞行的轨道。它距离地面最远时为964．1公里，最近时为228．5公里，轨道与地球赤道平面的夹角为65度，以96．2分钟时间绕地球1周，比原来预计的所需时间多1分20秒。在秋夜的晴空中，有时它象一颗星星在群星中移动，肉眼可以看到它。这颗卫星的运载火箭于1957年12月1日进入稠密大气层陨毁。卫星在天空中运行了92天，绕地球约1400圈，行程6000万公里，于1958年1月4日陨落。为了纪念人类进入宇宙空间的伟大时刻，苏联在莫斯科列宁山上建立了一座纪念碑，碑顶安置着这个人造天体的复制品。 火箭的原理 现代火箭是指一种靠发动机喷射气体产生反作用力向前推进的飞 行器，是实现卫星上天和航天飞行的运载工具，故又称为运载火 箭。 火箭的工作原理就是动量守恒定律，当火箭推进剂燃烧时，从尾 部喷出的气体具有很大的动量，根据动量守恒定律，火箭就获得 等值反向的动量，因而发生连续的反冲现象，随着推进剂的消 耗，火箭质量不断减小，加速度不断增大，当推进剂燃尽时，火 箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。 ? 提高火箭速度有两个办法，一是提高气体的喷射速度，二是提 高质量比（火箭开始飞行时的质量与燃料燃尽时的质量之比）， 而提高喷射速度的办法比提高质量比的办法更有效，但喷射速度 的提高也有一定的限度。因为要提高喷射速度，必须有高效能的 燃料，才能产生高温高压的气体，高速地从喷口喷出；同时还要 求制作燃烧室和喷口的材料能经受得住高温、高压和高速。现代 液体燃料的火箭喷射速度为2500m/s，气体的压强为4个大气压， 温度已高达3000℃左右。把喷气速度提高到4~4.5km/s就是很高 的技术水平了，要想把质量比提高到10也是很难办到的，火箭除 了外壳、存贮燃料设备和燃烧室外还要有发动机、仪器、控制设 备和要