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第六章 人类的探索（第2页）

服务舱

前端与指挥舱对接，后端有推进系统主发动机喷管。舱体为圆筒形，高6。7米，直径4米，重约25吨。主发动机用于轨道转移和变轨机动。姿态控制系统由16台火箭发动机组成，它们还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指挥舱对接和指挥舱与服务舱分离等。

登月舱

由下降级和上升级组成，地面起飞时重14。7吨，宽4。3米，最大高度约7米。①下降级：由着陆发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成。②上升级：为登月舱主体。宇航员完成月面活动后驾驶上升级返回环月轨道与指挥舱会合。上升级由宇航员座舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成。宇航员座；舱可容纳2名宇航员（但无座椅），有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备。

“阿波罗”11号飞船登月飞行1969年7月16日由“土星”5号火箭运载“阿波罗”11号飞船升空。第三级火箭熄火时将飞船送至环绕地球运行的低高度停泊轨道。第三级火箭第二次点火加速，将飞船送入地—月过渡轨道。飞船与第三级火箭分离，飞船沿过渡轨道飞行2。5天后开始接近月球，由服务舱的主发动机减速，使飞船进入环月轨道。宇航员N．A．阿姆斯特朗和E．E．奥尔德林进入登月舱，驾驶登月舱与母船分离，下降至月面实现软着陆。另一名宇航员仍留在指挥舱内，继续沿环月轨道飞行。登月宇航员在月面上展开太阳电池阵，安设月震仪和激光反射器，采集月球岩石和土壤样品22千克，然后驾驶登月舱的上升级返回环月轨道，与母船会合对接，随即抛弃登月舱，阿姆斯特朗留下的脚印起动服务舱主发动机使飞船加速，进入月—地过渡轨道。在接近地球时飞船进入载人走廊，抛掉服务舱，使指挥舱的圆拱形底朝前，在强大的气动力作用下减速。进入低空时指挥舱弹出3个降落伞，进一步降低下降速度。“阿波罗”11号飞船指挥舱于7月24日在太平洋夏威夷西南海面降落。

“阿波罗”12-17号飞船从1969年11月至1972年12月，美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船，其中除“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸中止登月任务（三名宇航员驾驶飞船安全返回地面）阿波罗计划飞船（20张）外，均登月成功。

飞向太空的运载火箭

美国航空航天博物馆的照壁上第一句话就是：最早的飞行器是中国的风筝和火箭。

火箭是目前唯一能使物体达到宇宙速度，克服或摆脱地球引力，进入宇宙空间的运载工具。火箭的速度是由火箭发动机工作获得的。“火箭”一词根据古书记载，最早出现在公元3世纪的三国时代，距今已有1700多年的历史了。当时在敌我双方的交战中，人们把一种头部带有易燃物、点燃后射向敌方、飞行时带火的箭叫做火箭。这是一种用来火攻的武器，实质上只不过是一种带“火”的箭，在含义上与我们现在所称的火箭相差甚远。唐代发明火药之后，到了宋代，人们把装有火药的筒绑在箭杆上，或在箭杆内装上火药，点燃引火线后射出去，箭在飞行中借助火药燃烧向后喷火所产生的反作用力使箭飞得更远，人们又把这种喷火的箭叫做火箭。这种向后喷火、利用反作用力助推的箭，已具有现代火箭的雏形，可以称之为原始的固体火箭。

火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。通常火箭一词也包括导弹、航天器，甚至烟花焰火。

最常见的火箭燃烧的是固体或液体的化学推进剂。推进剂燃烧产生热气，通过喷口向火箭后部喷出气流。火箭自带燃料和氧化剂，而其他各种喷气发动机仅须携带燃料，燃料燃烧所须的氧取自空气中。所以，火箭可以在地球大气层以外使用，而其他喷气发动机不能。火箭发射时产生巨大的推力使火箭在很短的时间内迅速升入高空，随着燃料不断减少，火箭自身质量逐渐减小，在与地球距离增大的同时，质量和重力影响不断下降，火箭速度也因此越来越快。

“土星”5号火箭启程登月时，5台发动机每秒钟消耗近3吨煤油，它们产生的推力相当于32架波音747的起飞推力。无法确定火箭发明的确切时间。大部分专家认为中国人早在13世纪就研制出了实用的军用火箭。19世纪出现了几项重大技术进步：燃料容器的纸壳改为金属壳，延长了燃烧的持续时间；火药推进剂的配方标准化；制造出发射台；发现了自旋导向原理等等。19世纪末，火箭开始用于非军事目的，如用火箭携带救生索飞向海上遇难船只。19世纪末20世纪初美国科学家戈达德和其他几位专家奠定了现代火箭技术的基础，并发射了第一枚液体燃料火箭。

火箭可按不同方法分类。按能源不同，分为化学火箭、核火箭、电火箭以及光子火箭等。化学火箭又分为液体推进剂火箭、固体推进剂火箭和固液混合推进剂火箭。按用途不同分为卫星运载火箭、布雷火箭、气象火箭、防雹火箭以及各类军用火箭等。按有无控制分为有控火箭和无控火箭。按级数分为单级火箭和多级火箭。按射程分为近程火箭、中程火箭和远程火箭等。火箭的分类方法虽然很多，但其组成部分及工作原理是基本相同的。

运载火箭是第二次世界大战后在导弹的基础上开始发展的。第一枚成功发射卫星的运载火箭是苏联用洲际导弹改装的卫星号运载火箭。到20世纪80年代，苏联、美国、法国、日本、中国、英国、印度和欧洲空间局已研制成功20多种大、中、小运载能力的火箭。最小的仅重10。2吨，推力125千牛（约12。7吨力），只能将1。48公斤重的人造卫星送入近地轨道；最大的重2900多吨，推力33350千牛（3400吨力），能将120多吨重的载荷送入近地轨道。主要的运载火箭有“大力神”号运载火箭、“德尔塔”号运载火箭、“土星”号运载火箭、“东方”号运载火箭、“宇宙”号运载火箭、“阿里安”号运载火箭、N号运载火箭、“长征”号运载火箭等。

目前常用的运载火箭按其所用的推进剂来分，可分为固体火箭、液体火箭和固液混合型火箭三种类型。如我国的长征三号运载火箭是一种三级液体火箭；长征一号运载火箭则是一种固液混合型的三级火箭，其第一级、第二级是液体火箭，第三级是固体火箭；美国的“飞马座”运载火箭则是一种三级固体火箭。

如按级数来分，运载火箭又可分为单级火箭、多级火箭。其中多级火箭按级与级之间的连接型式来分，又可分为串联型、并联型（俗称捆绑式）、串并联混合型三种类型。串联型多级火箭级与级之间的连接分离机构简单，但串联后火箭总长较长、火箭的长细比（长度与直径之比）大，给设计带来一定的困难；发射时，这种火箭竖起来后太高，给发射操作带来不便；同时，其上面级的火箭发动机要在高空点火，点火的可靠性差。并联型多级火箭采用横向捆绑连接，连接分离机构稍复杂，但其中间芯级第一级火箭采用横向捆绑的火箭可在地面同时点火，避免了高空点火，点火的可靠性高。苏联发射世界上第一颗人造地球卫星的卫星号运载火箭，就是在中间芯级火箭的周围又捆绑了4枚火箭。这4枚捆上去的火箭习惯上又称助推器。助推器与芯级火箭在地面一起点火，但工作一定时间后先关机，关机后与芯级火箭分离并被抛掉。助推器因在第一级火箭飞行的半路上关机，所以只能算它是半级火箭。发射世界第一颗人造地球卫星的卫星号运载火箭为一级半火箭，而不称它为两级火箭。我国的长征二号E运载火箭则是一枚串并联混合型的两级半火箭，其第一级火箭周围捆绑了4枚助推器，在第一级火箭上面又串联了一枚第二级火箭。

不管是固体运载火箭还是液体运载火箭，不管是单级运载火箭还是多级运载火箭，其主要的组成部分有结构系统、动力装置系统和控制系统。这三大系统称为运载火箭的主系统，主系统工作的可靠与否，将直接影响运载火箭飞行的成败。此外，运载火箭上还有一些不直接影响飞行成败并由箭上设备与地面设备共同组成的系统，例如，遥测系统、外弹道测量系统、安全系统和瞄准系统等。

到目前为止我国共研制了12种不同类型的长征系列火箭，能发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道的卫星。

从1970年到2000年的30年间，我国发射长征系列火箭共计67次，成功61次，6次失败或部分失败，发射成功率为91%。在1994～1996年间曾一度几次发射失败，使我国在国际商业发射市场的声誉处于低谷。中国航天工业总公司经过一系列质量整顿后终于打了个翻身仗。自1996年10月到目前已连续25次发射成功，这在世界卫星发射界也是不多见的。　　在我国运载火箭的发展初期，探空火箭的研制占有重要的地位，尽管它是结构简单的无控火箭，但却是新中国成立后的第一枚真正的火箭。从1958年开始，我国陆续研制出包括生物、气象、地球物理、空间科学试验等多种类型的探空火箭。

长征一号（CZ-1）系列运载火箭

1970年4月24日，中国使用长征一号（LM-1）运载火箭发射了第一颗人造卫星东方红一号。长征一号是在两级中远程导弹上再加一个第三级固体火箭所组成，火箭全长29。86m，起飞总重81。57t，起飞推力为1040kN。

长征二号（CZ-2）系列运载火箭

长征二号（LM-2）运载火箭是从洲际导弹的基础上发展而来的，并于1975年发射了1t多重的近地轨道返回式卫星，成功地回收了返回舱。此后，又根据发射卫星的需要，陆续衍生出长征二号丙（LM-2C）、长征二号丙改进型（LM-2CSD）和发射极轨卫星的长征二号丁（LM-2D）运载火箭。在长征火箭大家族中，长征二号系列主要用于发射各类近地轨道卫星，LM-2CSD曾以一箭三星方式发射了12颗美国的铱星移动通信卫星。

1986年初美国的挑战者号航天飞机爆炸后，航天飞机被停飞，美国用了很长时间分析和处理故障，其后美国停止用航天飞机发射一般商业卫星。趁此时机，我国仅用了18个月就研制成功长征二号E（又称长二捆，LM-E）运载火箭，可以发射原来准备用美国航天飞机发射的商用卫星。长征二号E火箭是以长征二号为芯级，周围捆绑了4个液体助推器，它的近地轨道运载能力高达9。2t。长征二号E于1990年试射成功，从1992年到1995年曾发射多颗外国卫星。

为满足发射神舟号飞船的要求，保证宇航员的安全，我国又在长征二号E的基础上改进了可靠性并增设了故障检测系统和逃逸救生系统，从而发展出了长征二号F（LM-F）运载火箭，专门用来发射神舟号载人飞船。

由于长征二号火箭的质量和可靠性非常高，1975～1996年连续成功地把17颗返回式卫星送上天，这使长征二号运载火箭在国际卫星发射市场上获得了非常好的可靠性声誉。

长征三号（CZ-3）系列运载火箭

长征三号运载火箭是在长征二号二级火箭上面加了一个以液氢、液氧为推进剂的第三级，所用的液氢液氧发动机可以二次启动，在技术上是当时国际先进水平，是我国火箭技术发展的一个重要里程碑。1984年长征三号成功地发射了我国第一颗地球同步试验通信广播卫星东方红二号。1985年中国宣布进入国际商业卫星发射市场。1990年我国首次用长征三号运载火箭将美国休斯公司制造的亚洲一号卫星送入地球同步轨道。

此后，长征三号系列不断增加新成员，如长征三号甲（LM-3A）、长征三号乙（LM-3B），主要用于发射地球静止轨道卫星。

长征三号甲运载火箭是在长征三号的基础上研制的大型火箭，它的氢氧发动机具有更大的推力，性能也得到很大的提高，地球同步转移轨道运载能力也从长征三号的1。6t提高到2。6t。

长征三号乙运载火箭是在长征三号甲和长二捆的基础上研制的，即以长征三号甲为芯级，再捆绑4个与长二捆类似的液体助推器。长征三号乙主要用于发射地球同步轨道的大型卫星，也可进行轻型卫星的一箭多星发射，其地球同步转移轨道运载能力达到5。1t，跃入了世界大型火箭行列。

长征三号丙是在长征三号甲是单枚三级火箭捆绑2个助推器而成，运载能力为2600－3800公斤，介于2600公斤的长征三号甲和5100公斤的长征三号乙之间。2003年才完成总体设计，2008年4月26日发射“天链一号01星”是首次其飞行，长征三号丙是“长三甲”系列中最后一型火箭。

长征四号（CZ-４）系列运载火箭

目前投入使用的是长征四号乙运载火箭是长征火箭家族中用于发射各种太阳同步轨道和极轨道应用卫星的主要运载工具。

长征五号（CZ-5）运载火箭