火箭与航天：从齐奥尔科夫斯基到长征火箭

火箭可应用在军用和民用两大方面，按不同的飞行任务，大致可分为三类:探空火箭，用于高空大气测量；弹道式导弹，是带战斗部的有控火箭；卫星(宇宙飞船)运载器，把卫星或飞船送上轨道。

目前世界上最大的运载火箭是美国的“土星-5”，它的直径为10米，高85米，起飞时质量近3000吨，第一级火箭装有五台发动机，推力超过3000吨，点火后150秒即可把2000多吨液氧和煤油烧完；第二级火箭装有450吨高能推进剂(液氧和液氢)推力525吨；第三级火箭装有106吨推进剂，推力100牛，“阿波罗”登月飞船就是由它运载并送入轨道的。

空间探测器的探测活动大大更新了有关空间物理和空间天文方面的知识。到20世纪末，已有5000多个航天器上天。有100多个国家和地区开展航天活动、利用航天技术成果或制定了本国航天活动计划。航天活动越来越成为国民经济和军事部门的重要组成部分。

航天技术是现代科学技术的结晶，它以基础科学和技术科学为基础，汇集了20世纪许多工程技术的新成就。力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学等对航天技术的发展起了重要作用。这些科学技术在航天应用中互相交叉和渗透，产生了一些新学科，使航天科学技术形成了完整的体系。航天技术不断提出的新要求，又促进了科学技术的进步。

19世纪末20世纪初，随着科学技术的进步，近代火箭技术和航天飞行发展起来，先驱者的代表人物有前苏联的齐奥尔科夫斯基、美国人罗伯特·戈达德和德国人奥伯特。

齐奥尔科夫斯基毕生从事火箭技术和航天飞行的研究。在他的经典著作中，对火箭飞行的思想进行了深刻的论证，最早从理论上证明用多级火箭可以克服地心引力进入太空。他建立了火箭运动的基本数学方程，奠定了理论基础。

他首先提出的使用液体推进剂火箭的倡议，经过了短短的30年就实现了。他预想到现代火箭的真实结构，并论述了关于液氢/液氧作为推进剂用于火箭的可靠性，设想用新的燃料(原子核分解的能量)作火箭的动力。他具体地阐明了用火箭进行航天飞行的条件，火箭由地面起飞的条件，人造地球卫星及实现飞向其他行星所必须设置中间站的设想。他还提出过许多的技术建议，如建议用燃气舵控制火箭，用泵来强制输送推进剂，以及用仪器自动控制火箭等，都对现代火箭和航天飞行的发展起了巨大的作用。

罗伯特·戈达德博士在1910年开始进行近代火箭的研究工作。他在1919年的论文中提出了火箭飞行的数学原理，指出火箭必须具有7.9千米/秒的速度才能克服地球的引力。他认识到液体推进剂火箭具有极大的潜力，1926年3月他成功在研制和发射了世界上第一枚液体推进剂火箭，飞行速度103千米/小时，上升高度12.5米，飞行距离56米。

奥伯特教授在他1923年出版的书中不仅确立了火箭在宇宙空间真空中工作的基本原理，而且还说明火箭只要能产生足够的推力，便能绕地球轨道飞行。同齐奥尔科夫斯基和罗伯特·戈达德一样，他也对许多种推进剂的组合进行了广泛的研究。

真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A-2火箭，飞行高度达3千米。1942年10月发射成功V-2火箭(A-4型)，飞行高度85千米，飞行距离190千米。V-2火箭的发射成功，把航天先驱者的理论变成现实，是现代火箭技术发展史的重要一页。(www.xing528.com)

1945年5月，第二次世界大战德国战败，前苏联俘虏部分德国火箭技术人员，缴获了几枚V-2火箭和有关技术资料。在此基础上，1947年前苏联仿制V-2火箭成功。1948年自行设计了P-1火箭，射程达300千米。1950年和1955年又先后研制成P-2和P-3火箭，射程分别达到500千米和1750千米。1957年8月，成功发射两级液体洲际导弹P-7，射程8000千米，经过改装的P-7于1957年10月4日，发射成功世界上第一颗人造地球卫星——“人造地球卫星一号”，从而揭开了现代火箭技术新的一页。前苏联由于发射多种航天器的需要，先后研制成功“东方号”、“联盟号”、“宇宙号”、“质子号”、“能源号”等多种型号的运载火箭，可将100多吨的有效载荷送入近地轨道。

二战后，美国俘虏了以冯·布劳恩为首的德国火箭专家，缴获了100余枚V-2火箭。美国陆军在布劳恩的帮助下于1945年发射了V-2火箭，1949年开始研究“红石”弹道导弹，1954年制定人造卫星计划，1958年2月1日“丘比特”C火箭成功发射美国第一颗人造卫星，美国为发射多种航天器的需要，先后研制成功“先锋号”、“丘诺号”、“红石号”、“侦察兵号”、“大力神号”和“土星号”等运载火箭。

1960年11月5日，中国第一枚近程火箭发射试验成功。我国有“长征”号(CZ)系列运载火箭，主要有“长征一号”、“长征二号”、“长征三号”、“长征四号”共四种基本型运载火箭和“长征一号D”、“长征二号C”、“长征二号C/SD”、“C长征二号D”、“长征二号E”、“长征二号F”、“长征三号A”、“长征三号B”、“长征四号B”等多种改进型。

1990年4月7日，中国“长征三号”运载火箭成功发射美国制造的“亚洲一号”卫星。“长征”火箭成功地进入了国际商业发射卫星的行列，至今已将27颗外国卫星发射上天。

法国从上世纪50年代开始自行研制探空火箭和导弹，并在此基础上研制“钻石号”运载火箭。1965年11月至1967年2月，法国“钻石号”火箭将A-1、D-1人造卫星送入太空。法国积极推动西欧国家联合发展欧洲航天事业，它是欧洲航天局的主要成员国，并承担“阿丽亚娜”号运载火箭的大部分研制工作。

欧洲航天局正式成员国有比利时、丹麦、法国、联邦德国、爱尔兰、意大利、荷兰、西班牙、瑞典和英国；非正式成员国有奥地利和挪威；加拿大为观察员国。由欧洲航天局研制的“阿丽亚娜-1”运载火箭于1979年12月24日首次发射成功。迄今已研制有“阿丽亚娜-1”到“阿丽亚娜-5”五种基本型和多种改进型火箭。“阿丽亚娜-4”为欧洲航天局主要运载工具，已发射80余次，失败7次，成功率在世界商用卫星运载工具中名列前茅。

日本自1963年开始研制M系列固体运载火箭，共有4代。1970年日本宇宙开发事业团决定引进美国“德尔它”运载火箭技术，以发展本国的N号运载火箭。1975年9月，日本首次用N-1火箭成功地发射了“菊花-1”技术试验卫星。1994年试验成功带有氢氧燃料装置的N-2火箭。印度自行研制成功运载火箭系列SLV、ASLV、PSLV和GSLV，2001年4月印度同步轨道卫星运载火箭GSLV发射成功。

此外，英国、意大利、加拿大、印度、巴西、以色列、韩国、朝鲜等国，均已具备利用本国制造或租用他国运载火箭来发射人造卫星的能力。