捆绑式火箭:航天设备-中文百科频道

发展历程

为了战胜地球引力进入太空，我们必须利用火箭。然而单级火箭是达不到这个目的的。俄国科学家齐奥尔科夫斯基首先提出了“火箭列车”的概念，就是把两节以上的火箭串联或并联起来，组成一列多级火箭来提高火箭的速度，最终使末级火箭达到第一宇宙速度。

多级火箭利用了一种质量抛扔原理，即火箭发射后，把已经完成任务的无用的结构抛掉，使火箭发动机的能量最大限度地用于提髙火箭的动能，从而间接地减轻火箭的结构质量，实现轻装前进”。这样，在使用同样性能的火箭发动机和相同技术水平的箭体结构的条件下。用单级火箭无法达到的第一宇宙速度，而用多级火箭就能实现。

世界各国现有运载火箭数十种，其大小不等，形状各异，但其结构形式基本上分为两类：一类是各级首尾相连的串联式火箭；另一类是下面两级并联、上面一级串联的火箭，也称捆绑式火箭。运载火箭的大小，由其飞行任务的有效载荷和飞行轨道而定。若飞行轨道相同，有效载荷越重，则火箭起飞质量也越大；若有效载荷不变，飞行轨道越高，火箭的起飞质量也越大。在通常情况下，发射一颗质量为1吨的卫星，运载火箭质量为50-100吨。如美国发射阿波罗载人登月飞船的“土星5号”运载火箭，全长110.7米，直径10米，起飞质量为2840吨；而阿波罗飞船的质量只有41.5吨。“土星5号”是世界上最长的“火箭列车”，它由三级火箭串联而成。

大多数“火箭列车”都属于串联式多级火箭，因为这种火箭的级间分离容易实现，成为运载火箭首选的结构。而捆绑式火箭是把若干助推火箭均匀地成双捆绑在芯级火箭的四周.火箭发射后助推火箭首先工作，完毕后再与芯级火箭分离。捆绑式火箭的最大优点是可以明显缩短整个火箭的长度，因为助推火箭不单独占有火箭的长度，从而避免了因火箭细长比太大，而给结构制造和飞行所带来的种种困难。由于捆绑上去的火箭不增加火箭的总长，我们也把这部分的火箭称为半级火箭，如两级火箭加上捆绑，就称作两级半火箭。

但是，捆绑式火箭在技术上难度更大。因为火箭在飞行中级间分离，一要绝对安全可靠，二要不因分离而影响芯级火箭的工作和姿态。捆绑式火箭采用侧向分离，相对串联式火箭的纵向分离，技术复杂性要高得多了。我国的“长征二号E”和“长征三号B”运载火箭，就是在原有的二级和三级火箭基础上，分别在芯级增加了四个捆绑上去的助推火箭。相对未捆绑的火箭，它们的运载能力都提髙了3倍多。

首次把捆绑技术应用在火箭上的，是前苏联著名的航天总周围捆绑4台助推火箭，成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星。

捆绑技术除在运载火箭上广泛使用外，某些导弹武器也有采用。

特点

捆绑式火箭的特点是在第一级火箭外面均匀地捆绑着几个助推火箭，在火箭发射时，助推火箭首先工作，待燃料耗尽后与主火箭分离，这时主火箭才点燃启动。其最大的优点是明显缩短了整个火箭的长度。因为助推火箭不单独占有火箭的长度，这样不仅避免了火箭长度的增加给火箭制造和飞行所带来的种种困难，而且能增加主火箭的速度。捆绑式火箭的技术难度很大，它采用侧向分离设计，这种技术的优点是充分利用技术成熟的火箭发动机，搭配大推力运载工具，以适应不同的发射需要。在火箭发射时，助推火箭首先工作，待燃料耗尽后与主火箭分离，这时主火箭才点燃起动。

长征二号E

中国的“长征二号E”捆绑式火箭(俗称“长二捆”)在成功地发射了3颗澳星和1颗亚星后，在国际国内产生了广泛的影响。

“长征二号E”火箭是在高度成功的“长征二号丙”(CZ-2C)运载火箭基础上研制的。在我国长征系列运载火箭中，“长征二号丙”是十分重要的一个型号。自1974年以来，“长征二号丙”已发射了18颗遥感卫星，发射成功率很高。“长征二号丙”火箭还为我国航天事业带来了很高的国际声望。1986年和1987年，我国曾先后两次用它为法国和德国进行空间微重力实验载荷搭载服务。1992年10月，我国利用“长征二号丙”火箭发射了瑞典的第一颗人造卫星。由于“长征二号丙”的可靠性很高，它成了我国运载火箭系列的基础和核心型号，后来的“长征三号”和“长征四号”都是以它为基础研制的。曾为中国航天带来国际声望的“长征二号E”捆绑式火箭(CZ-2E)也是以它为基础，采用捆绑技术发展而来的。可以说，“长征二号丙”为中国航天事业的发展立下了汗马功劳。

“长征二号E”的研制受80年代后期国际上应用卫星大型化发展趋势的影响，在研制过程中采用了许多新技术，最重要的是在第一级捆绑了四个助推器，从而大大提高了运载能力。其他改进的措施还包括：加长中央芯级箭体，使两级发动机工作时间大大延长；二级发动机采用了大喷管，挖掘了发动机的潜力，使运载能力有了进一步提高；采用了新的推进剂利用系统；研制出直径4．2米，长10．5米的大整流罩，从而可适应不同载荷的要求，还能进行一箭多星发射。完整的“长征二号E”火箭总长50米，起飞重量460吨，起飞推力600吨，近地轨道运载能力达9.2吨。

1990年7月16日，“长征二号E”在西昌卫星发射中心首次发射成功。1992年8月14日和12月21日，两枚“长征二号E”火箭先后发射成功，顺利地将．“澳星”B1和B2按合同要求送人预定轨道。这两次发射正值国际航天年，无论是在中国的哪个地方，“长二捆”和澳星都成了人们街谈巷议的热门话题。同时，“长征二号E'’的研制成功，在国际上也产生了相当大的影响。1994年8月28日和1995年11月28日，“长征二号E”又发射成功“澳星”B3和“亚洲二号”通信卫星。

“长征二号E”是怎样把大型通信卫星送人轨道的呢?我们知道，不同的卫星有不同的运行轨道。通常可把卫星轨道分成三类，即低轨道i太阳同步轨道和地球静止轨道。通信卫星运行在地球静止轨道上，它是地球赤道上空高度为35860千米的圆形。在这个轨道上运行，它的周期正好是24小时，因此在地面上看它好像是不动的。这对于通信十分有利。国际上现有的运载火箭有的可直接将卫星送到这个轨道上，但采取这种方式也有不少缺点，一是对火箭技术和可靠性要求很高，二是运载能力较低，三是能量消耗较大。另一种方法是用三级火箭先将卫星送人地球同步转移轨道，再由卫星自己的发动机推进进入地球同步轨道。还有一种常用的发射同步通信卫星的方法是采取三个步骤，接力式地把卫星送入静止轨道。“长征二号E”就是采取这一方式。

首先，“长征二号E"垂直发射，两级先后点火将专门研制的通用近地点变轨发动机(简称火箭上面级)连同卫星一道送入高度约200～300千米高的近地轨道。这个轨道只是临时的，所以也称停泊轨道。这时，“长征二号E’'火箭的使命也就结束了。在经过调整和测控后，上面级发动机点火，将卫星推到远地点为35860千米的大椭圆轨道上，上面级与卫星分离，这是第二个步骤。最后，当卫星运行到与同步轨道相切的远地点时，卫星上带的发动机(称远地点发动机)点火，进入地球静止轨道。为使卫星真正与地球同步，还须利用卫星上的微小发动机进行较长时间的轨道调整。