文/杜駿豪 圖/劉澤鑫

俗話說(shuō)“內(nèi)行看門(mén)道”，當(dāng)我們?cè)u(píng)價(jià)一款火箭厲不厲害時(shí)，主要看哪些指標(biāo)呢？除了一眼能看到的外形與大小，我們更應(yīng)該關(guān)注它的運(yùn)載能力。

◎多級(jí)火箭示意圖

火箭的工作就是要把有效載荷發(fā)射到太空中去，所以它的運(yùn)載能力越強(qiáng)，它的舞臺(tái)就越廣闊。提升火箭運(yùn)載能力的辦法有很多，比如使用推力更大的發(fā)動(dòng)機(jī)，可這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的要求非常高，且實(shí)現(xiàn)難度大，成本高。與此相比，還有個(gè)更省時(shí)省力的辦法，那便是給一枚光桿火箭“綁”上幾枚小火箭——火箭的助推器。

1903 年，現(xiàn)代航天和火箭理論的奠基人齊奧爾科夫斯基發(fā)表了一篇開(kāi)創(chuàng)性的論文《利用火箭探索外層空間》，而54 年后，人類(lèi)的首顆衛(wèi)星才發(fā)射上天。齊奧爾科夫斯基預(yù)見(jiàn)性地提出了多級(jí)火箭、助推器等概念。

多級(jí)火箭就是把一級(jí)級(jí)火箭串聯(lián)起來(lái)，第一級(jí)燃燒殆盡后立即與其他火箭分離、墜落，而后由第二級(jí)接力燃燒，以此類(lèi)推，最終將有效載荷送入軌道。而助推器則是把多枚火箭并聯(lián)起來(lái)，同時(shí)燃燒，提高同一時(shí)間內(nèi)火箭的推力。一般來(lái)說(shuō)助推器會(huì)先燃燒完畢，分離、墜落，而后由中間的芯級(jí)火箭繼續(xù)推進(jìn)。

考考你

“人類(lèi)的首顆衛(wèi)星”是1957 年發(fā)射的哪顆衛(wèi)星呢？

現(xiàn)代火箭的雛形是德國(guó)的V-2 導(dǎo)彈。它只有一級(jí)火箭。在二戰(zhàn)后，V-2 導(dǎo)彈的技術(shù)分別被美國(guó)、蘇聯(lián)繼承。為了提高運(yùn)載能力，美國(guó)先走了多級(jí)火箭的發(fā)展路線，為V-2導(dǎo)彈串聯(lián)上第二級(jí)火箭，而蘇聯(lián)同時(shí)發(fā)展了多級(jí)火箭與助推器。

◎美國(guó)早期的RTV-G-4火箭，相比V-2導(dǎo)彈，它串聯(lián)了第二級(jí)火箭

助推器發(fā)展了幾十年，歷史上都有些什么特別的帶助推器的火箭呢？讓我們一起來(lái)看看吧。

助推器數(shù)量最多的火箭

美國(guó)的德?tīng)査?Ⅱ型和德?tīng)査?Ⅲ型運(yùn)載火箭最多可以捆綁9 枚固體助推器，是世界上可捆綁助推器最多的火箭。當(dāng)然，根據(jù)任務(wù)的不同，它也可以選擇捆綁3 枚或4 枚助推器。這款火箭總共發(fā)射了155次，其中成功153次，目前已經(jīng)退役。它曾把勇氣號(hào)與機(jī)遇號(hào)火星車(chē)、開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡等著名航天器發(fā)射升空。

◎分別捆綁4枚助推器與9枚助推器的德?tīng)査?Ⅱ型火箭

知識(shí)鏈接

根據(jù)燃料性質(zhì)的不同，火箭的助推器可分為液體助推器和固體助推器。液體助推器可以在必要時(shí)切斷推進(jìn)劑供應(yīng)來(lái)緊急停止。固體助推器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)和測(cè)試也更容易，推力更大，不需要制冷隔熱設(shè)備，但是整體造價(jià)相對(duì)較高，而且因點(diǎn)燃后很難在燃料耗盡前停下，對(duì)于航天器發(fā)射來(lái)說(shuō)存在風(fēng)險(xiǎn)。

助推器最不對(duì)稱的火箭

美國(guó)的宇宙神-Ⅴ運(yùn)載火箭可攜帶1～5 枚固體助推器，覆蓋8.2～18.8 噸的近地軌道運(yùn)力、4.75～8.9 噸的地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力。

這款火箭是“令強(qiáng)迫癥患者發(fā)狂的杰作”：其他火箭的助推器幾乎都在芯級(jí)火箭周?chē)骄植?，而宇宙?Ⅴ火箭不論攜帶幾枚助推器，總是不對(duì)稱的。最令人叫絕的是只攜帶1 枚助推器的構(gòu)型，它可以通過(guò)調(diào)控芯級(jí)火箭和助推器的矢量方向來(lái)平衡推力。

助推器數(shù)量可變的中國(guó)火箭

中國(guó)長(zhǎng)征三號(hào)系列火箭是中國(guó)目前唯一一款可調(diào)節(jié)助推器數(shù)量的運(yùn)載火箭。火箭不捆綁助推器時(shí)，被稱作長(zhǎng)征三號(hào)甲（CZ-3A），捆綁2 枚、4 枚助推器時(shí)分別被稱作長(zhǎng)征三號(hào)丙（CZ-3C）、長(zhǎng)征三號(hào)乙（CZ-3B）。為什么2、4 對(duì)應(yīng)的是丙、乙而不是乙、丙呢？是因?yàn)殚L(zhǎng)征三號(hào)的乙型比丙型研制時(shí)間更早。

◎沒(méi)有助推器、有4枚助推器、有2枚助推器的長(zhǎng)征三號(hào)甲、乙、丙

通用助推器核心型火箭

為了進(jìn)一步降低火箭設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，提高零件的通用性，有些火箭的助推器與芯級(jí)火箭是通用的，這被稱作通用助推器核心（Common Booster Core，簡(jiǎn)稱CBC）型火箭。

美國(guó)德?tīng)査?Ⅳ重型運(yùn)載火箭是世界上第一款采取CBC型的火箭，助推器與芯級(jí)的設(shè)計(jì)是一致的，每枚助推器只需要使用一臺(tái)RS-68 液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，就可以達(dá)到28 噸的近地軌道運(yùn)力。

美國(guó)商業(yè)航天公司SpaceX 的重型獵鷹運(yùn)載火箭是由3 枚獵鷹9 號(hào)運(yùn)載火箭組裝而來(lái)。每一枚獵鷹9 號(hào)使用了多達(dá)9 臺(tái)梅林-1D 液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣設(shè)計(jì)的好處是即使有某臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)射時(shí)失效，火箭整體的推力也不會(huì)受太大影響。值得一提的是，重型獵鷹的3 枚火箭都具有重復(fù)使用能力。

俄羅斯最新一代運(yùn)載火箭安加拉-A5 是另一款很有特點(diǎn)的CBC 型火箭。除了芯級(jí)外，捆綁了4 枚與芯級(jí)一致的助推器，每臺(tái)助推器都由單個(gè)RD-191 液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，力量感十足。未來(lái)，我們還有機(jī)會(huì)看到帶有6 枚通用助推器的安加拉-A7 火箭。

中國(guó)的新一代載人運(yùn)載火箭也采取了CBC 型的設(shè)計(jì)，每枚助推器都有7 部YF-100K液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，近地軌道運(yùn)力將達(dá)到70 噸。未來(lái)幾年我們將看到這一大國(guó)重器飛上云霄，實(shí)現(xiàn)中國(guó)人載人登月的夢(mèng)想，讓我們拭目以待！

◎俄羅斯安加拉-A5運(yùn)載火箭