航天器发射技术：火箭历程

1.近代

本部分介绍1640—1918年火箭的发展。

图1.3　阿拉伯古代火箭

值得指出，在世界火箭发展史中，从18世纪末到20世纪初大约整整一个半世纪内，由于冶金和机械制造业的新成就，膛线火炮在射程和射击密集度方面都远胜于当时的火箭武器，导致火箭的生产和应用走入低谷，一时间火炮几乎取代了火箭。但在这种趋势下，火箭技术及军事应用并未完全终止，一些研究和试验仍在进行并有所进展。如1668年，德国炮兵上校基士勒试制了25～55 kg重的火箭。在俄国，1680年设立了专门的“火箭机构”，1814—1817年，卡尔持马佐夫和扎夏德科研制成50.8～63.5 mm和101.6 mm的爆破和燃烧火箭，射程达1 500～3 000 m。

其中成就显赫者为俄国学者齐奥尔科夫斯基，他第一个提出运用液体火箭发动机的可能性，并给出了结构原理图，如图1.4（a）所示；创立了著名的火箭理想速度公式及现代多级火箭的设计构思，现在仍是火箭导弹设计的基本原理，建立了火箭飞行动力学的基础并提出了星际航行的伟大理想，如图1.4（b）所示［2］。此外，18世纪末期，当印度军队在反侵略战争中使用火箭大胜英军时，英军团长康格莱夫上校顿时积极致力于火箭的研究和发展，发展出近代火箭史上著名的康格莱夫式火箭，如图1.5所示［3］。

2.现代

本部分介绍1918年至今火箭的发展。

在现代火箭发展的初期，俄国的齐奥尔科夫斯基、法国的皮尔垂、美国的哥达德和德国的奥伯特4位先驱建立了很大功勋。

齐奥尔科夫斯基的功绩前已述及，不再赘述。

皮尔垂是著名飞机制造创始人。他曾精确地计算出航行太空的轨道，并对军用火箭的发展有过极大贡献。1931年，他在凡尔赛附近组建试验室，发展以液氧－汽油、硝酸－过氧化苯和液氧－二硝基甲烷等为推进剂的液体火箭发动机。试验中发生意外，他失去了4个手指。

图1.4　齐奥尔科夫斯基的液体火箭和宇宙飞船草图［2］

图1.5　康格莱夫式火箭［3］

（a）康格莱夫的手稿；（b）发射示意图

美国麻省渥尔斯特·克拉克大学的物理学教授哥达德博士，早在1911年之前就研究液体火箭理论，并在第一次世界大战期间试制出两枚试验火箭，可谓现代军用火箭之渊源。哥达德在一篇题为《到达极大高度之方法》的论文中，列举了多级火箭原理，理论预言可达月球。1926年3月16日，他将历史上第一枚液体火箭成功地射入空中，高度达56 m，速度为97 km／h。后经改进，他实现了超音速飞行，而且将陀螺操纵机件装入火箭，并在火箭发动机喷口内装设导流片，以控制和稳定飞行弹道。这些成就大大促进了导弹的形成和发展。

德国最伟大的火箭先驱赫曼·奧伯特自幼就投身于火箭的研究。早在1917年他就向德国陆军部建议发展威力惊人的液体火箭用作战争武器，但该建议未获军方接受。

下面分国家介绍1918—1945年的火箭发展。

1）德国

德国在1931年5月14日试射了欧洲首创的液体火箭。在1941—1942年，德国为使用军用毒剂研制了多管火箭炮，也被称为化学火箭炮。此外，德国还大量发展了发射普通弹药的多种多管火箭炮。第二次世界大战期间，德国曾试制过一种四级地对地远程火箭，名叫“莱茵之钮”，但其威力小，效果不佳。此外，德国还发展过空－空火箭，以及炮兵弹幕火箭和拦截火箭。

2）苏联(www.xing528.com)

苏联在1921年组建了火药火箭研制试验室。1928年3月3日发射了苏联第一枚无烟火药火箭。1929—1933年，苏联共研制试验了9种称为火箭导弹的无控火药火箭。从1929年5月起，苏联开始制造液体火箭发动机和电火箭发动机。1933年9月苏联成立了喷气科学研究所，1937年年底，该所制成82 mm和132 mm火箭导弹，同时为陆军研制出曾在卫国战争中广泛使用的多联装发射装置，即举世闻名的“喀秋莎”火箭炮，如图1.6所示。它是一种战场步兵支援武器，射击效率高，齐射时声响独特，因此驰名前线，威震四方。在对德作战中，它作为压制武器一显神威，对战争起了很大的作用。“喀秋莎”火箭炮是一种车载8轨（每轨上、下面各装一发弹）16发联装火箭炮，发射速度极快。由它发射的火箭导弹采用双基药固体火箭发动机，弹长18 m，弹径为130 mm，全重43 kg，射程达5 km。此外，当时苏联还为陆、空军研制了大、小型的各类固体火箭。

图1.6　苏联“喀秋莎”火箭炮

（a）全貌；（b）装填；（c）箭体

3）英国

第二次世界大战时英国发展了一种弹径为50 mm的弹幕火箭，随后于1940年夏季又发展成弹径为75 mm的防空火箭。该火箭的作战效率不高，其真正作用在于阻吓敌机以降低其投弹命中率。此外，这种火箭还曾被用来撒布系有长绳索的降落伞，由很多根伞绳形成索网以阻拦敌机进袭。此法用来对付螺旋桨飞机是有效的。在空－地火箭方面，英国起步甚慢，直至1942年5月英空军方装备上76 mm空－地火箭，但因反坦克的作战效率低，于1943年4月改装成空舰火箭，在作战中有所建树。英国在1939—1940年研制成重27 kg、射程为3 200 m的专用地对地火箭。1943年1月，英国正式生产了一种125 mm火箭，可单兵肩射和多联装支援武器，其可在4～5 s内齐射800～1 000发，在作战中曾发挥很大的功效。

第二次世界大战中英国官方一直未介入液体火箭发动机的研制，但有些公司却有所建树。

4）美国

美国火箭的发展得益于英国，珍珠港事件之后，是通过英、美科技界的互访进行的。

第二次世界大战中，美国曾推出数种火箭武器，其中最著名的是“巴楚卡”反坦克火箭（图1.7）。该火箭于1943年进入实战应用，被称为“单人炮兵”，它起到了改变战场形势的重大作用。

图1.7　美国“巴楚卡”反坦克火箭

第二次世界大战中，美国为陆、海、空军研制了一系列空－地、地－地、舰－地火箭，以及反潜炸弹和深水炸弹用火箭。美国火箭发展的另一项重大成就是飞机“助飞火箭”。作为美国自制的真正第一枚研究火箭是“女兵下士”火箭，它装有巡航火箭发动机和助飞火箭发动机，由塔式发射架发射。该火箭于1945年在白沙导弹试验场曾创下高度7 km的记录，曾为美国导弹的研制提供过一些很有价值的资料。

5）法国

法国火箭的发展远比德国和苏联落后。法国在1934年制成80 mm固体火箭，加装于炸弹上使之成为动力炸弹，同时试制了推力为4.4 kN的助飞火箭，装在重型轰炸机上，以缩短起飞滑行距离。法国政府在第二次世界大战前极力反对发展火箭，但迫于德国大力发展火箭之压力，直至1934年，才开始发展无烟火药火箭，并于1936年及1937年制成50 mm及75 m直径的装药，继而发展大型固体火箭。

6）日本

第二次世界大战中日本的火箭发展较为落后，用于战场的只有一些弹幕及近距离支援火箭。日本海军发展过防空火箭。闻名于世的日本自杀飞机亦为日本火箭发展计划之一，这种飞机于1943年开始计划，于次年生产，于1945年参战。机长6 m，装有3台液体火箭发动机，时速达960 km，发动机工作时间为10 s。该机由母机携带至目标区上空释放，以时速600 km无动力滑翔约可飞行80 km。当选定目标后，火箭发动机即可点火，自杀飞机加速奔向目标。

7）意大利

意大利的火箭发展始于1927年。初期研制黑色火药火箭，成果甚微。1929年后，转而从事液体火箭的研究，于1930年制成以汽油与硝酸为推进剂的火箭发动机，推力达618 N。

第二次世界大战后，虽然出现过核军备竞赛，并导致洲际核武器的大量出现，但待到核均势出现后，这些核武器都只不过是一种威慑手段而已，而在常规战争中极力得到发展的还是常规武器，此中就包括各类火箭武器，如反坦克火箭筒、火箭炮和战术战役火箭等。

在现代战争条件下，火箭武器技术发展的总趋势是：增大射程、提高威力、提升精度、提高反应能力和发射速度、提高机动性和生存能力、提高自动化程度、向人工智能化方向发展。