火箭这个东西由哪几部分组成的？
2024-11-19 阅读 10
更新于 2024年11月22日
火箭是火箭发动机喷射工质（工作介质）产生的反作用力向前推进的飞行器，它自身携带全部推进剂，不依赖外界工质产生推力，可以在稠密大气层内，也可以在稠密大气层外飞行，是实现航天飞行的运载工具。火箭主要由以下几部分组成：
结构系统（箭体结构）：这是火箭的基体，维持火箭的外形，用于安装和连接火箭内部各系统的所有仪器和设备。承受火箭在地面运输、发射操作以及飞行过程中产生的各种载荷，并且应具有良好的空气动力外形，同时要求质量轻、体积小。
动力装置系统（推进系统）：这是火箭产生推力，推动其飞行的关键部分。对于液体火箭，动力装置系统通常由推进剂输送、增压系统和液体火箭发动机组成；固体火箭的动力装置系统相对简单，主要部分是固体火箭发动机，其中推进剂直接装在发动机的燃烧室壳体内。液体火箭发动机和固体火箭发动机有诸多差异。液体火箭发动机的推进剂是分别储存的，可通过调节推进剂的流量来控制推力，能多次启动，技术复杂，成本高，但比冲较高，适用于对运载能力和轨道精度要求较高的任务，如大型卫星发射、深空探测等。固体火箭发动机结构简单，推进剂预装在燃烧室内，一旦点火就不能停止，比冲相对较低，但可靠性高、响应快，常用于军事导弹和火箭的助推级，如美国航天飞机的固体火箭助推器。火箭发动机按其工质可分为化学火箭发动机、核火箭发动机、电火箭发动机和光子火箭发动机等。化学火箭发动机是依靠推进剂在燃烧室内进行化学反应释放出来的能量转化为推力的，这是目前使用最为广泛的火箭发动机。常见的推进剂有液态氧 - 液态氢（液氧液氢推进剂，比冲高，多用于末级火箭发动机）、液态氧 - 煤油（较为常见，性价比高）、偏二甲肼 - 四氧化二氮（偏二甲肼为燃烧剂，四氧化二氮为氧化剂，有一定毒性）等。核火箭发动机是利用核反应产生的能量加热工质，产生高速喷射气流从而产生推力，其具有很高的比冲，理论上能大幅提高火箭的运载能力，但技术难度大、安全性要求高，目前还处于研究探索阶段，应用场景主要是未来的深空探测等长距离航天任务。电火箭发动机是通过电能加速工质产生推力，推力非常小，但比冲极高，消耗推进剂少，适合在太空进行微小调整和长时间的轨道维持等任务。光子火箭发动机则是基于光子的动量来产生推力，目前还更多地停留在理论设想阶段，若能实现将可用于超高速的星际航行。
控制系统：控制系统用于控制火箭沿预定弹道正常飞行，由制导系统、姿态控制系统、电源供配电和时序控制系统等部分组成。制导系统的主要用途是控制火箭按预定的弹道运动，确保有效载荷能够准确送达预定的空间位置。制导系统的工作原理是通过测量火箭的位置、速度等参数，与预设的弹道参数进行对比，然后根据偏差计算出需要调整的量，向姿态控制系统等发出指令。例如，通过惯性测量单元（IMU）测量火箭的加速度、角速度等信息，结合星敏感器等外部传感器获取火箭相对于天体的位置信息，经过计算机处理后确定火箭的实际飞行状态，进而引导火箭沿着正确的轨道飞行。
有效载荷：有效载荷是火箭所要运送的物体，种类多样。卫星是常见的有效载荷，通信卫星用于实现全球通信信号的传输，气象卫星用于监测天气变化；宇宙飞船可进行载人航天飞行，如神舟系列飞船；空间站部件则用于构建空间站，像国际空间站的各个模块；科研仪器也是有效载荷的一种，例如用于太空环境探测、天文观测等的仪器设备。它位于火箭的顶部，在火箭飞行过程中受到保护，直至被送入预定轨道。
此外，有控火箭还通常装有制导系统，以确保火箭能够按照预定的轨迹飞行。一些火箭还可能根据需要装设遥测、安全自毁和其他附加系统。这些系统共同协作，使火箭能够完成从地面发射到将有效载荷送入预定轨道的复杂任务。
