月球火
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2023年3月20日发(作者：注释格式)升入太空的宇宙火箭
怎样才能脱离地球引力范围？
在成功地发射了开辟人类历史纪元的第一颗和第二三颗人
造地球卫星之后，苏联又发射了一只巨大的宇宙火箭，直向月宫
奔去。如果说，人造地球卫星还受着地球引力的无形束缚而环绕
地球运动的话，那么，这只宇宙火箭却脱离了地球的引力场而向
太空飞去，即将成为太阳系的第一颗人造行星。
我们知道，要发射人造地球卫星，必须使卫星进入轨道时具
有每秒八公里的第一宇宙速度，也就是说，要使卫星环绕地球运
动时的离心力刚好等于地球对它的引力。这样，卫星就不会落下
来。
要向星际发射宇宙火箭，可能有几种方式：或者火箭发射出
去后落在月球上或星球上，或者火箭绕过月球后再返回地球，或
者火箭飞过月球后即向星际空间飞去而不再返回地球。
第一种月球火箭所需要的速度较小。可是由地球到月亮的距
离很大(约*****公里)，火箭要克服地球的引力而飞向月球所需要
的动能还是很大的。粗略计算可知，所需的最大速度约为每秒11
公里，即略小于第二宇宙速度。
如果要火箭绕过月亮后再回到地球上来，所需要的速度就要
控制得比较严格。计算表明，速度应在0.99V2和1.0001V2之间
(V2是第二宇宙速度)。如果速度小于0.99V2，火箭即会落到月球
上去，如果大于1.0001V2，火箭即飞向宇宙空间不再回来了。除
此之外，还要严格地控制发射方向。从目前的水平看来，控制角
度困难并不太大，而严格控制速度却较难。必须用特殊的辅助火
箭发动机。
苏联这次所发射的是第三种类型的宇宙火箭。它的最大速度
应比第二宇宙速度略大。飞过月球区域之后，地球引力的影响渐
小，而太阳的引力影响渐增，最后变为环绕太阳的人造行星。
总的说来，无论发射那种宇宙火箭，都要使它具有接近或超
过第二宇宙速度的最大速度。
什么是第二宇宙速度呢？
图1四级火箭简单示意图
根据万有引力定律，我们知道，任何两个有质量的物体之间
都有引力。在地球上或其附近的物体都受地球的吸引，(当然，地
球也受该物体的吸引，但是因为地球很大，其他物体对地球的引
力不易察觉。)要想使物体离开地球上升，必须胜过引力作功。上
升的愈高，所作的功愈多。可是随着物体的升高，地球的引力也
在逐渐减弱(因为引力和两者距离的平方成反比)。当距离非常大
时，引力趋近于零，这时物体即脱离了地球的引力场。这样，物
体由地球上升至无限远处所需的功是有一定的有限数值的。
怎样才可以使物体具有所需的能量呢？使它具有一定的动
能(也就是具有一定的速度，因为动能和速度的平方成正比)是一
种方法。当物体具有的速度可以使自己胜过地心引力而飞向无限
远处时，这个速度就称为第二宇宙速度。在不考虑太阳系其他星
球引力的影响时，在地球表面，这个速度等于每秒11.2公里。
为什么一定要利用火箭？
正像发射人造卫星一样，要发射具有第二宇宙速度的飞向月
球的物体，只有利用火箭。因为，现有的各种发动机(例如空气喷
气发动机)，它的燃料燃烧，都需要有空气中的氧来助燃，没有空
气就不能工作；而在高空，在距地面50－60公里以上，空气就
极为稀薄了，其中含有的氧量就更少，到100公里以上，就已经
近乎真空了。所以，普通的发动机是不可能把卫星送上轨道的，
更不用说发射飞向宇宙的行星了。然而，火箭本身既携带有燃料，
又携带有助燃的氧化剂，它不需要空气来助燃，相反，火箭发动
机的效率，在空气愈稀薄处愈高，在真空中达到最高。火箭又能
在极短的时间内，发出很大的推力，一般火箭发动机的工作时间，
只有几十秒钟至多一两分钟，就在这样短的时间内，把大量的燃
料燃烧变成气体，并以很快速度喷射出去，从而产生出极大的推
力。飞行时，火箭的燃料很快地减少，就使它得到很大的加速度，
因而，火箭也就得到了很大的飞行速度。当火箭的最大速度达到
第一宇宙速度时，它就可以发射出人造卫星；当它的最大速度达
到第二宇宙速度时，它就可以脱离开地球，而成为人造行星，也
就是人造太阳卫星。
一般多级火箭的构造
也如发射人造卫星一样，发射宇宙火箭也要用多级火箭，如
果发射人造卫星，使其达到每秒8公里的速度，一般需要三级火
箭才能实现的话，那么，在目前，要达到第二宇宙速度(即每秒
11.2公里)而飞向月球，则一般需要三级以上的火箭。(见图一)现
有发射人造卫星的三级火箭，一般它的第一级和第二级是液体燃
料火箭，而第三级是固体燃料火箭。
图2单级火箭构造简图
多级火箭的各级是由构造类似、大小不同的单独火箭组成的，
每一级火箭都包含有下列几个主要组成部分(见图二)：(1)动力装
置，包括发动机燃烧室、喷管及燃料输送系统等。(2)燃料仓，包
括燃烧剂储箱与氧化剂储箱。(3)操纵机构，一般使用的有空气舵、
燃气舵，或利用操纵小喷管、摆动发动机。(4)操纵仪表仓，放置
各种飞行操纵仪表及其能源，一般只在需要操纵的最后一级才放
置仪表仓，其他各级只有操纵机构和在其附近的其他操纵装置。
各级之间用可卸连接或固定连接(分离时炸断)而连接在一起。在
飞行过程中，当第一级所带的燃料用完时，第一级火箭就自动脱
落，同时第二级的发动机开始工作。同样，等到第二级的燃料用
完时，第二级火箭也自动脱落，第三级火箭开始工作，这样，最
后火箭就达到所要求的最大飞行速度。
火箭在空中飞行，会遇到一些外界的干扰(如风、雪等)，如
何能保证它完全按照预定的轨道飞行呢？这就要设计一套自动
控制的设备放到火箭上，使火箭能自动导航，这就是上面所提到
的操纵仪表与操纵机构。火箭在空间飞行，有三个方向(俯仰，偏
航，倾斜)需要控制，由于要使火箭按预定轨道运行，所以俯仰角
要随飞行时间而改变，但对偏航、倾斜则要求很严。这三个方向
可以三个角度来表示，就是俯仰角，偏航角，倾斜(滚转)角。这
三个角度都由安装在火箭上的三个陀螺仪表来感受其变化，陀螺
仪表的转轴对应着三个方向的座标轴。当火箭的轴向不与陀螺指
向一致时，它就会发出讯号，传递到操纵机构来修正火箭的方向，
使火箭回到正常的飞行方向。至于俯仰角，是由装在火箭上的钟
表机构，使俯仰陀螺仪的轴架的方向不断地随时间而改变，使陀
螺仪的指示方向随时指向所需的飞行方向。这样，就可以保证火
箭按预定的航向飞行而进入所要求的轨道。
宇宙火箭发射成功说明苏联科学技术达到高度水平
如大家所知道的，火箭技术是综合了现代科学技术各方面的
最新成就，要发射一个宇宙火箭比起发射人造卫星来，需要克服
更多的困难，需要解决更多更复杂更困难的科学技术问题。除了
诸如高超音速空气动力学、火箭运动弹道理论，空气弹性，波动
力学等等问题以外，在制造与发射这样巨大的宇宙火箭上，需要
解决的问题有火箭的新燃料，新的合金以及制造大推力火箭发动
机等。苏联这次发射的巨型宇宙火箭的最后一级不带燃料重达
1472公斤，如按四级火箭并用最新燃料估计，它的整个火箭最
初起飞重量就要达到一千吨以上，而它的发动机推力更要达到近
二千吨。如果按现有一般所用的热值较高的火箭燃料来估计，则
其总重要达到三千多吨，而其推力将要达到五六千吨以上。这样
大的推力的发动机(即使是一二千吨推力的)，在制造和试验中，
都会有许多需要解决的复杂而困难的技术问题，如果不是采用了
新的燃料，新的合金，要制造成功这样大推力的发动机，这样巨
大的宇宙火箭，是难以想像的。从这里我们也可以看出苏联在科
学技术上已经达到怎样高度的水平。
作太空的主人
宇宙火箭的发射成功意味着人类作宇宙航行已不是遥远将
来的事了。
那么人类征服宇宙的第一个对象将会是什么地方呢？最可
能是月亮，因为它离地球只有三十八万多公里，约为地球到金星
(离地球最近的一颗行星)距离的百分之一。
在人们直接飞往月亮之前，首先要对月亮作充分的了解，要
对宇宙空间的一些物理现象以及人类如何能适应于宇宙飞行等
问题作充分研究。苏联成功发射的三颗人造地球卫星在这方面已
提供了许多宝贵的资料，但是更多的工作将由这次苏联发射的宇
宙火箭以及以后一系列的宇宙火箭及月球卫星来完成。当人们充
分掌握了有关宇宙航行和月亮的资料以后，下一步将是发射载人
的更巨大的宇宙船。
发射载人宇宙船的工作要比现在发射的无人宇宙火箭还复
杂得多。由于有人，宇宙船应作得十分安全可靠，而且还应适应
人的生理要求，例如：宇宙船应该是密闭的，人与外界完全隔绝
起来；密封仓内空气的成分、压力、湿度、温度都要有专门的装
置来调节；外壳应能挡住对人体有害的太阳紫外线的照射；要能
防止与小流星相撞时撞坏；在宇宙船上还应有足够的燃料以便宇
宙航行人员能返回地球上来，等等。这样一来就要把宇宙船作得
十分庞大而复杂，发射宇宙船的火箭那就更大了。例如从地面发
射一艘重10吨的宇宙船，那么光是它的燃料重就得要一千多吨
以上，制造这样巨大的火箭显然是有许多困难的。比较适当的办
法是让宇宙船从星际航行站(也是人造地球卫星)起飞，这样，所
需的燃料大约二十五吨左右就够了。
另一个可能的方案是制造核燃料的宇宙船，苏联在和平利用
原子能方面所获得的成就也提供了实现这种方案的可能性。
月球上是缺乏大气的，因此宇宙船降落时不能利用大气来制
动，在降落时它要开动专门的发动机来减低降落速度，以免宇宙
船撞毁。由于月球缺乏大气，宇宙飞行人员在月球上要居住在密
闭的屋子里，外出时也要穿上专门的“潜水服”。
人们对于火星、金星都感到极大的兴趣，因为它们在行星中
离地球是最近的，而且物理条件也与地球相似，因此一旦人类征
服了月亮之后，下一步旅行的目的地将是这些星球了。
随着火箭技术的发展，不单是到月球、火星和金星去的幻想
有了现实的前景，而且也可以进一步设想飞到太阳系的其它行星
上去，甚至飞出太阳系以外。不过这个任务将更加复杂得多，旅
途也遥远多了。
美国已经越落越远了
苏联宇宙火箭的发射成功，又一次证明了苏联的火箭技术远
远地超过了美国。
大家都知道，苏联先后发射了三颗人造地球卫星，第三颗卫
星重量竟达一三二七公斤，直到现在它还围绕着地球旋转。
美国正式发射人造地球卫星达十四次之多，但只有五次发射
成功，每颗卫星的重量都很小。五颗卫星的重量总加起来也不过
是苏联第三颗卫星重量的十四分之一，而且寿命都很短。去年美
国又企图侥幸用中程火箭发射“世界上第一个”人造月球卫星，但
是发射了四次都遭到了失败。
过去美国的火箭专家布劳恩曾说：“美国还需要五年时间才
能在火箭方面赶上苏联”。实际上，因为美国腐朽的资本主义制度
阻碍着美国科学技术的发展，而苏联优越的社会主义制度使苏联
的科学技术得到突飞猛进的发展，因此，在火箭技术上美国不是
五年能赶上苏联，而是愈拉愈远。这正如毛主席所说的：“敌人一
天天烂下去，我们一天天好起来”。
(原载北京日报)