探空火箭是個啥

張傳軍 邱小林

?探空火箭的有效載荷剖面圖（圖片來源 / Wiki）

?德國佩內(nèi)明德博物館V-2火箭模型（圖片來源 / Wiki）

探空火箭的家譜

世界第一枚專門用于高空大氣探測的火箭是美國于1945年秋研制成功的“女兵下士”火箭。它能將11千克的有效載荷送到70千米的高空。此后，美國和蘇聯(lián)利用繳獲的德國V-2火箭改裝發(fā)射了一批探空火箭，其中的地球物理火箭將2.2噸負(fù)載（內(nèi)有80千克科學(xué)儀器）帶到了212千米的高空。

1957年，當(dāng)?shù)谝活w人造地球衛(wèi)星開始從外太空回傳科學(xué)數(shù)據(jù)時，作為主要空間研究飛行器的探測火箭，約12年之久的統(tǒng)治似乎結(jié)束了。因?yàn)榭茖W(xué)衛(wèi)星可以在大氣中停留數(shù)月甚至數(shù)年之久，且可以將數(shù)據(jù)從軌道上發(fā)送到世界各地。與之相比，探空火箭僅可以沿著自己的飛行軌跡探測發(fā)射地點(diǎn)上空一定的區(qū)域，停留僅僅幾分鐘至幾十分鐘的時間。

但是，探空火箭并沒有被科學(xué)衛(wèi)星淘汰。畢竟現(xiàn)在對高空的探測主要采用衛(wèi)星、火箭、氣球這三種載具。探空火箭有時也稱研究火箭（research rocket），是一種攜帶儀器的火箭，用于在亞軌道飛行期間進(jìn)行測量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。探空火箭最大的意義就在于，探測氣球飛行高度基本低于40千米，而衛(wèi)星軌道高度基本高于160千米，在這之間的大氣區(qū)域，氣球上不去、衛(wèi)星下不來，火箭是唯一可以實(shí)地探測，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的探測工具。

在中國，探空火箭與“兩彈一星”相比，無論是知名度，還是工程影響力，也許都相差甚遠(yuǎn)。但不能因此就抹殺探空火箭在中國航天早期發(fā)展歷史上的重要地位及所發(fā)揮的引領(lǐng)作用?？梢哉f，它也是“兩彈一星”的重要組成部分，它的許多開創(chuàng)性技術(shù)和探索實(shí)踐為中國日后利用火箭發(fā)射人造衛(wèi)星起到了引領(lǐng)和鋪墊作用。

探空火箭的必備家當(dāng)

探空火箭系統(tǒng)由有效載荷、火箭、發(fā)射裝置及地面臺站組成。有效載荷大多裝在箭頭的儀器艙內(nèi)。火箭包括箭體結(jié)構(gòu)、動力裝置、穩(wěn)定尾翼等。大多數(shù)探空火箭為單級或兩級火箭，也有為3級或4級的。動力裝置通常用固體火箭發(fā)動機(jī)，其可以簡化和縮短發(fā)射操作時間。穩(wěn)定尾翼具有保證飛行穩(wěn)定的作用。地面臺站主要包括接收測量信息的地面接收設(shè)備、跟蹤火箭的定位測速設(shè)備（如雷達(dá)）和電子計算機(jī)等。

進(jìn)入新時代，“軍民融合”、資本加碼已為以中國民營航天企業(yè)為主的探空火箭準(zhǔn)備好“引擎”。隨著民營火箭雙曲線一號S和重慶兩江之星等的陸續(xù)發(fā)射成功，中國的探空火箭必將為人類和平利用太空貢獻(xiàn)更多中國智慧、中國方案、中國力量。

?黑雁9號（Black Brant IX）探空火箭（圖片來源 / NASA）

小貼士：

探空火箭與運(yùn)載火箭的區(qū)別

看起來，它們都能“上天”，似乎沒有多大的區(qū)別，就好像汽車開上路，不管是物流車還是小轎車都是“一腳油門一腳剎”。而事實(shí)上，探空火箭和運(yùn)載火箭的區(qū)別大得很。

探空火箭一般是結(jié)構(gòu)簡單的亞軌道飛行器，其技術(shù)要求主要是保證飛行穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)定的探測高度和減少彈道頂點(diǎn)和落點(diǎn)的散布。探空火箭主要用于在近地空間進(jìn)行探測和科學(xué)試驗(yàn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、發(fā)射也比較方便，但是沒有載荷入軌的能力。相比之下，運(yùn)載火箭的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，火箭上還裝有遙測系統(tǒng)、外測系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)等;技術(shù)指標(biāo)也比較多，包括運(yùn)載能力、入軌精度、火箭對不同重量的有效載荷的適應(yīng)能力和可靠性等。有效載荷裝在儀器艙的上面，外面套有整流罩。它每一級都包括箭體結(jié)構(gòu)、推進(jìn)系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng)。級與級之間靠級間段連接。運(yùn)載火箭主要用于將人造地球衛(wèi)星、載人飛船、空間站、空間探測器等有效載荷送入預(yù)定軌道。探空火箭與運(yùn)載火箭的區(qū)別就好比自行車與大卡車，這也是民營火箭首先選擇探空火箭試發(fā)的原因。

延伸閱讀： 探空火箭的分類

按照研究對象，探空火箭有氣象火箭、生物火箭和地球物理火箭3類。氣象火箭多用于100千米以下高度的大氣常規(guī)探測，如1996年開發(fā)的天鷹探空火箭就將衛(wèi)星導(dǎo)航探空儀、雷達(dá)模式探空儀和落球探空儀等送入臨近空間，完成對大氣溫度、密度、風(fēng)速等大氣要素的原位探測。

生物火箭則是用于外層空間的生物學(xué)研究，如1951年美國發(fā)射的空峰號探測火箭，它將老鼠和猴子帶到高空，并成功回收。1964年7月19日，中國第一枚生物探空火箭T-7A/S1在安徽廣德發(fā)射成功?；鸺b載著8只白鼠，12支裝生物試管。短短幾十分鐘時間里，它們榮幸地成為中國第一批乘上火箭的“登天客”。

探測120千米以上地球物理參數(shù)的則是地球物理火箭。1959年，蘇聯(lián)為研究大氣高層，發(fā)射了一個一級中程地球物理彈道火箭，其中攜帶有太陽光譜紅外區(qū)、電離層結(jié)構(gòu)、流星粒子流、高度氣流速度和方向監(jiān)測的儀器，以及用來確定不同高度大氣的密度、壓力、溫度和組成的儀器。

?有效載荷布局圖

?探空火箭有效載荷

?多級火箭

“中國航天第一村”是中國第一個探空火箭發(fā)射場，被稱為“603基地”。它位于今天的安徽省宣城市廣德縣誓節(jié)鎮(zhèn)茆林村

（責(zé)任編輯/張偉倩 ? 美術(shù)編輯/胡美巖）