| 新华网北京３月２５日电（记者 田兆运 奚启新） 发展航天飞行的运载火箭，无疑是２０世纪航天史上最重大的成就之一。自１９５７年１０月４日，前苏联用“ＳＳ－６”洲际导弹改装成运载火箭将世界上第一颗人造地球卫星送入近地轨道，从此运载火箭作为航天运载工具正式登上历史舞台以来，前苏联、美国、法国、日本、欧盟等国家和地区竞相发展运载火箭，迄今已形成能适应各种航天发射需求的若干系列，并已走过它的两个里程碑。 第一个里程碑：用导弹改装 在运载工具的研制方面，最发达的国家是前苏联、美国、法国、中国、日本和印度。这些国家在运载工具的发展初期，为了抢时间，几乎都采用同一种发展模式，即用导弹稍加改装，使其适应不同卫星的发射需要。这个思路，首先是由前苏联的第一位航天总设计师卡拉廖夫提出来的。如前苏联第展一枚运载火箭，实际上只是将“ＳＳ－６”洲际导弹的弹头改换成卫星，火箭全长２９．２米，最大外径１０．３米，起飞重量２６９吨，起飞推力３９００千牛，这是当时世界上最大的运载火箭。后来，将这种运载火箭作为芯级在其外侧捆绑４个助推器，而分别形成发射卫星和发射前苏联最早的３个“月球号”宇宙探测器的“卫星”型和“宇宙”型两级运载火箭系列。在此基础上，再在芯级火箭的上面，装上一个具有不同推力的第三级火箭，又形成发射“东方号”飞船和“上升号”飞船用的“东方型”三级运载火箭系列。前苏联在６０年代继“东方”型运载火箭之后还发展了一种“联盟”型三级运载火箭系列，起飞重量３１０吨，其进入近地轨道的最大有效载荷达到７吨。从１９６６年起，前苏联利用“联盟”型运载火箭先后发射了“宇宙号”系列的部分人造地球卫星，“联盟号”和“联盟T号”飞船以及“进步号”货运飞船。后来，在“联盟”型运载火箭基础上再增加一个推力为６７千牛的液体火箭发动机作为第４级，即形成“闪电号”运载火箭，先后发射了“月球－４”至“月球－１４”，“闪电”、“探测器－１”到“探测器－３”、“火星－１”，以及“金星－１”到“金星－８”等宇宙探测器。 “雷神”是美国的一种地地中程导弹，长１９．８米，弹径２．４４米，射程２４００－３２００公里。“雷神”导弹于１９６３年４月退役后，被用作运载火箭的第一级（芯级），下部捆绑固体助推器，顶部串联不同的上面级，先后发展过２０多个型号，形成了一个较完整的运载火箭系列。 “宇宙神”是美国最早发展的一种液体洲际弹道导弹，射程１．８万公里以上，总推力为１．７兆牛顿（１７６吨力）。１９５９年装备部队，１９６５年被“民兵”洲际导弹取代后被用作运载火箭的芯级，与不同的上面级组合形成运载火箭系列。 “大力神”导弹是美国的另一种液体洲际弹道导弹，它的研制时间比“宇宙神”晚一年多。共发展了两种型号：“大力神５”射程１１７００公里，１９６２年４月装备部队，１９６５年全部退役。“大力神２”射程１３４００公里，１９６３年开始装备部队，直到１９８７年才全部退役。退役后也被改装成运载火箭系列。 第二个里程碑：研制新型火箭 ６０年代，前苏联为了发射“礼炮号”轨道站，专门研制了一种“质子号”运载火箭。这是一种串并联式的多级运载火箭，第一级安装６台单燃烧室液体火箭发动机，总推力达９兆牛。第二级为４台每台推力为６兆牛的单燃烧室液体火箭发动机。第三级除一台同类型的液体火箭发动机外，还安装了一台操舵液体火箭发动机，它有４个旋转室，可操纵末级的飞行方向及其姿态控制。前苏联专家认为，该火箭的总体布局各级的发动机装置结构以及箭上各系统均采用了前苏联火箭制造业的先进成果，因而运载火箭的使用性能优于同级的美国“土星１Ｂ”。“质子号”运载火箭于１９６５年投入使用以来，除发射“礼炮号”轨道站外，还成功地发射了“质子－４号”宇宙飞船。后来在３级运载火箭基础上，又加了一级推力为８３千牛的第４级，曾将“探测器－４号”至“探测器－８号”、“月球－１５号”至“月球－２４号”、“金星－９号”至“金星－１６号”、“火星－２号”至“火星－７号”等探测器，以及“虹”、“荧光屏”、“地平线”、“宇宙号”等系列卫星送入太空。 从发射的结果来看，“质子号”称得上是一种具有高可靠性的、有多种发射功能的运载工具，成功率约为９３％。现已成为一种为商业性服务的运载火箭。 ７０年代，前苏联为发射“暴风雪号”航天飞机，专门研制“能源号”运载火箭。这是一种两级重型运载火箭（由于这两级在起飞时同时点火，故又称一级半）。第一级由４个捆绑助推器组成，推进剂为液氧／煤油。由于这种两级“能源号”火箭只能把重型有效载荷送入低地球轨道（芯级只能作亚轨道飞行），要把有效载荷送入高地球轨道或逃逸轨道还需再加一级，所以研制了两种新的辅助级，即上面级（ＥＵＳ）及制动和修正级（ＲＣＳ）。这两种辅助级是单独使用还是一起使用，取决于执行的任务。正是由于“能源号”采取了积木式的设计，它既具有发射大型低轨道有效载荷（１０５吨）和航天飞机的能力，又具有将１０吨以上有效载荷送入地球同步轨道或飞往月球和行星轨道的能力。其中，同步轨道运载能力约为１８吨，月球轨道运载能力为３２吨，火星和金星轨道的运载能力为２８吨。１９８８年１１月１５日“能源号”火箭成功地将“暴风雪号”不载人航天飞机送入亚轨道，在１６０公里高度上启动航天飞机上的发动机，将“暴风雪号”助推到入轨速度，然后机上发动机再次启动，把“暴风雪号”送上２５０公里的圆形轨道。迄今为止，“能源号”是世界上运载能力最大的火箭。 ６０年代，美国为执行“阿波罗”登月计划，专门研制了“土星”型运载火箭系列。主要有“土星１’、“土星１Ｂ和“土星Ⅴ”等几种型号。其中，“土星１”为一种试验型的两级运载火箭，第一级运载装置由８台“Ｈ－１”液体火箭发动机组成，总推力为７兆牛；第二级由６台总推力为４０８千牛的液体火箭发动机组成。入轨高度１８５公里时的最大有效载荷为１０点２吨。为了改进“土星”火箭及确定“阿波罗”飞船的总体方案，“土星１”于１９６１年至１９６５年从卡纳维拉角共发射１０次，其中有５次把“阿波罗”飞船的主体模型发射入轨。 “土星１Ｂ”是为在近地轨道操练载人和不载人的“阿波罗”飞船而研制的。它也是两级运载火箭，第一级和第二级均为“土星１”的改进型，但在第二级配备了一台用液氧／液氢作推进剂的Ｊ－２发动机，推力１．０２３兆牛。这样，使火箭在入轨高度为１９５公里时，最大有效载荷达到１８．l吨。在１９６６－１９７５年间，“土星１Ｂ”在卡纳维拉尔共发射９次，均获成功。 “土星Ⅴ”是专为在近地和近月轨道操试“阿波罗”飞船的全套设备，以及将航天员送往月球而研制的。由于“阿波罗”飞船总重达４６吨，高２５米，最大直径６．６米，要把这么重的飞船以第二宇宙速度将其送入月球轨道，以往任何一种运载火箭都无法胜任。为此，专门研制的“土星Ⅴ”三级运载火箭称得上是一个重量级的航天“大力士”，它全长８５米，直径１０米，起飞质量达２９５０吨，起飞推力达３５２１１千牛，总功率约２亿马力，相当于２００万辆普通大轿车功率的总和。运载火箭与“阿波罗”登月飞船组装在一起后，高达１１０米，相当于３６层楼房高。从１９６７－１９７３年间，“土星Ⅴ”从卡纳维拉尔角共发射１３次，其中有１０次是运载“阿波罗”载人飞船进入预定轨道。 为了抗衡前苏联和美国在航天领域的强大发展势头，１９７２年法国建议西欧１０国联合组成欧洲航天局（ＥＳＡ），共同研制“阿丽亚娜”运载火箭。１９７３年７月研制计划获得批准。法国空间研究中心（ＣＮＥＳ）负责“阿丽亚娜”火箭的计划管理，航空航天公司负责总装。迄今，“阿丽亚娜”运载火箭系列已发展了从“阿丽亚娜１”至“阿丽亚娜Ⅴ”共５个型号。“阿丽亚娜１”为三级液体运载火箭，该火箭长５０米带有效载荷，直径３．８米，发射质量２００吨，进入远地点３６０００公里高度过渡轨道的有效载荷为１７００公斤。阿丽亚娜２是在“阿丽亚娜１”基础上将第一、第二推力通过增加发动机燃烧室压力而增加９％，第三级通过加大推进剂数量而延长了燃烧时间，这样，使进入地球同步轨道的运载能力达到２２００公斤。“阿丽亚娜３”是在“阿丽亚娜２”基础再装两枚固体推进器组成，使进入地球同步轨道的运载能力增加到２６００公斤，１９８４年８月首次发射，成功地将两颗通信卫星送入转移轨道。１９８２年１月开始研制的“阿丽亚娜４”除将“阿丽亚娜３”的第二、三级稍加改进外，还重新研制了新的液体火箭发动机，４米直径的整流罩和多星发射装置等，并组合成６种不同的型号，其进入地球同步轨道的运载能力，基本型号（ＡＲ４０）为１９００公斤，最大型号（ＡＰ４４Ｌ）高达４２００公斤。在希腊神话中，阿丽亚娜是克里特王米诺斯之女，这位美丽又聪明的公主曾用一团小线帮助雅典英雄泰西逃出迷宫。以“阿丽亚娜”命名的欧洲航天局的运载火箭“阿丽亚娜４”也不负众望，它以高可靠性、高入轨精度、交货及时和价格适中等优点，占据了世界商业火箭发射市场的６０％以上的生意。但欧航局并未以此而满足。为了在激烈竞争的航天市场中进一步巩固优势，并且把这种领先一直保持到下个世纪，早在１９８５年１月，ＥＳＡ参加国就通过一项研制更大型运载火箭“阿丽亚娜V”的计划，目标是既能将重十余吨的“赫尔墨斯”载人航天飞机送上地球低轨道；又能将总重８吨（有同时运载两颗或３颗卫星两种装配方式）的有效载荷送上同步转移轨道。“阿丽亚娜Ⅴ”经过近三年的预研后，于１９８８年正式立项，原计划耗资３５亿美元，于１９９５年升空。但由于在研制过程中发生过一连串的事故，如１９９５年４月１１日，在法国小城沃浓的火箭发动机试车台上，主发动机（ＨＭ６０液氧／液氢发动机）的涡轮泵发生爆炸；同年５月５日南美法属圭亚那库鲁航天中心，在“阿丽亚娜Ⅴ”发射台上的两名军官在操作中因毒气体泄露而中毒死亡。之后，于５月３０日、７月３日和９月１日又接连出现各类大小故，迫使阿丽亚娜公司推延了首次发射时间，并将总研制费上升到６０亿美元以上。但由于“阿丽亚娜Ⅴ”总的设计思想是追求低成本，高可靠，同时，发射准备时间短，入轨精度高，据专家们认为，其市场潜力不可低估。 日本为了争当航天大国，已研制成功Ｍ系列（又称谬系列）和Ｈ系列两大类运载火箭。其中，Ｍ系列是由日本宇宙科学研究所研制的，主要用于发射科学研究卫星和空间探测器，尚在使用的有Ｍ３Ｓ２型和ＭＳ型。Ｈ系列（包括以前的Ｎ系列）是日本宇宙开发事业团（ＮＡＳＤＡ）负责研制的，主要用于发射应用卫星。其中，于１９８３年开始研制的“Ｈ－２’，为日本大型主力运载火箭。它是一种捆绑了两个大型固体助推器的两级火箭。一、二级均采用液氢／液氧发动机。第一级的ＬＥ－７发动机是新研制的，推力８６吨；第二级的ＬＥ－ＳＡ发动机是“Ｈ－１”火箭第一级发动机的改进型，推力１２吨。火箭总长５０米，直径４米，起飞质量２６０吨。“Ｈ－２”火箭的主要特点：一是结构良好，火箭长度短，重量轻，其重量仅为运载能力相同的苏联“质子”火箭的３８％，欧航局的“阿丽亚娜Ⅳ”的一半，而且可靠性高达９６％；二是技术先进，如第一级主发动机（ＬＥ－７）采用的二级燃烧循环方式是一项燃烧效率很高的高难技术，目前只有美国航天飞机的主发动机和前苏联的“能源号”火箭第一级发动机采用了这项技术。第二级火箭具有重新启动功能，使“Ｈ－２”火箭具有足够的灵活性来满足把有效载荷送入不同轨道的要求。但目前的发射成本较高，每一枚相当１．５５亿美元（１７０万日元），而发射能力相近的“阿丽亚娜Ⅳ”只需０．８２亿美元。另一不利因素是发射时间受限制，每年只有１－２月和８－９月共９０天的时间可供发射。 为了争夺运载火箭发射市场，日本成立了包括三菱重工、日产汽车和日本电气等著名公司在内的７５家公司联合组成的火箭系统股份有限公司，一方面着重对如何降低成本，进一步保持火箭的高可靠性抓紧研究；另一方面正在努力争取放宽发射期限和考虑与“阿丽亚娜”火箭的兼容，借此在日本和世界赢得市场。１９９４年２月４日，“Ｈ－２”火箭从鹿儿岛县的种子岛宇宙中心首次发射成功，标志着日本的火箭技术已可与欧洲的“阿丽亚娜”火箭和美国的航天飞机技术几近并驾齐驱，它将为日本跻进世界卫星发射市场奠定基础。另外，为了适应国际市场小卫星的发射需要；争取在短时间内能开发出一种低成本的火箭，促使昔日为竞争对手的宇宙开发事业团和宇宙科学研究所，于１９９２年联手，共同开发一种三级固体火箭（ＪＩ）。第一级采用“Ｈ－２”的固体助推器，第二、三级和整流罩则均为“Ｍ－３Ｓ”火箭的原件。只有第一、第二两级的级间过渡段和第一级的两台游动小发动机等为数不多的部件是新开发的。这样，通过两家公司的“火箭技术对接”，取长补短，使日本的火箭家族在２０世纪末又增添了一个新成员。
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