航天篇—运载火箭

碎碎念

说说为啥写这么个系列。

去年，带着孩子去参观了一下海南文昌的卫星发射中心，从此孩子就喜欢上了火箭！

海南岛东线上天下海的亲子之旅 篇二：皮皮虾我们走，跟爸爸妈妈上天下海去首先对第一篇标题里的错别字表示歉意，我道歉在这里吐槽一下值得买的发帖系统，真的不是很好用啊，而且为什么不能在App里面发帖，毕竟现在不是每天都开电脑的。文章中提到的值友也来了！有值友说，儿童安全座椅的风口来了。借着这个帖子，想说说儿童安全座椅这件事说说儿童安全座椅在我看来，现在周围的人对儿童乘车安全田小帅| 赞82 评论52 收藏271查看详情

自从回来之后买了一堆火箭的玩具，对火箭产生了浓厚的兴趣。孩子吗，勤学好问是好事情，值得表扬。但是，孩子千奇百怪的问题，总是能难道我！虽然我之前也了解一些航空航天方面的东西，甚至短时间的从事过一段相关的工作。

但是，之前关于航空航天的知识，都是碎片化的，零七八碎的不成体系。好在在这一个互联网知识爆炸的时代，获取知识并不难！所以，我就以我的思路，将我知道的有关航空、航天的知识梳理了一下，发个原创的系列文章。一来，可以给自己的知识保存在网络上，给孩子讲的时候如果忘了，可以回来再复习一下。二来，也分享给各位奶爸奶妈们，欢迎奶爸奶妈们先收藏再看，如果孩子问到了相关的问题，希望你们能在我这篇原创中找到答案。

为啥还写成个系列？因为内容比较多，一篇写不完。但是能写到哪，目前我心里还是没有个B数……可能会写个十篇八篇，也有可能这一篇就是最终章了，所以不想错过的，请关注我！

为啥叫航天篇？因为也许之后还会想《航空》篇，《航海》篇，但是能写到哪，也不立牌坊了，写到哪算哪吧，欢迎奶爸奶妈们关注我！

PS：这一篇主要讲讲运载火箭

防怼声明：

毕竟不是专业从业人员，所以篇中一定会有写的不对的地方，毕竟一个人的能力是有限的！当然我会全力保证我写的东西尽量的正确，不会误导孩子对相关知识的误解。

所以呢，如果有写的不对的地方，欢迎值友们指正，我会将相关评论置顶！请文明回帖，给孩子树立一个好的榜样！

本系列所有文字，为作者手打，独发“什么值得买”网站。如需转载请联系张大妈网站及作者本人。

好了，叨叨完了，下面是正文

啥是航空，啥是航天，啥是航宇

根据钱学森老爷子的定义：

航空：大气层以内

航天：大气层以外太阳系以内

航宇：太阳系以外

所以，目前我们接触到的飞行器，基本都在航空和航天的范围。

只有一个例外，算是航宇界的独苗：

美国宇航局(NASA)于1977年9月5日发射的“旅行者1号”(Voyager1)无人太空探测器。

2013年9月13日，NASA对外宣布，旅行者1号已经进入星际空间

当然，科学界对太阳系边缘的界定尚有争议，但是目前的状况来说旅行者1号确实飞出了狭义定义的太阳系边界

况且，旅行者1号确实是迄今为止，人类飞的最远的飞行器。

火箭的历史

古代火箭

“火箭”这个词最早出现在我国的三国时期。根据《三国志·魏书·明帝纪》中记载，在公元228年，魏国第一次在射出的箭上装上火把，当时蜀国丞相诸葛亮率军进攻陈仓时，魏国守将赫昭用“火箭”焚烧了蜀军攻城的云梯，守住了陈仓。“火箭”一词自此出现。不过当时的火箭的含义是“带火的箭”，是指用弓弩射出的、箭头后部绑着地燃烧物的武器

当然了，这个只是一个“带火的箭”跟我们现代火箭完全不是一个类别

后来，我们中国伟大的先祖发明了“火药”，这top类的发明当然不会被军事领域所忽略，所以出现了靠火药喷火产生的反作用力飞行的箭

这种利用反作用推进的“火箭”，是现代火箭的雏形。

现代火箭

1，美国教授、工程师和发明家 罗伯特·哈金斯·戈达德（Robert Hutchings Goddard），液体火箭发明者，现代火箭技术之父

1926年3月16日发射了世界的第一枚液体火箭

这一枚火箭的成功发射，告了现代火箭技术的诞生。

个人觉得戈达德在现代火箭领域中，最重要的贡献就是：发现固体黑色火药火箭能量和效率太低，只有用液体燃料才能提供宇宙航行所需的能量。（当然，关于液体和固体火箭的具体问题，本篇原创下面的内容中会有介绍）

2，韦纳·马格努斯·马克西米利安·冯·布劳恩男爵（德语：Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun）

也就是大神冯·布劳恩

NASA用以下的话来形容冯·布劳恩：“无庸置疑的，他是史上最伟大的火箭科学家。他最大成就是在担任NASA马歇尔太空飞行中心总指挥时，主持土星5号的研发，成功地在1969年7月首次达成人类登陆月球的壮举。”

恩，知道大神有多牛b了吧！跪拜一下大神

这位大神的一生，可以简单粗暴的划分为两个阶段：

1，德国时期：研究并主持设计了V-1火箭，V-2火箭

2，美国时期：其他的就不说了，单说一个，他领导设计的世界上最大的火箭“土星”5号火箭第一次把人送上了月球

再拜一拜大神！神一样的男人！

V-2火箭，现代导弹和运载火箭的祖宗

为什么呢?因为V-2火箭采用较先进的程序和陀螺双重控制系统，推力方向由耐高温石墨舵片操纵执行。也就是说，V-2火箭有了惯性导航系统，虽然效果并不理想，基本上无法做到准确打击军事目标。但是液态燃料带涡轮增压的发动机，有制导系统这都奠定了现代火箭的基础。

二战结束之后，德国战败

美军占领了V-2火箭制造厂，运走了剩余的导弹，冯·布劳恩带着最新的导弹机密投靠美军。

美军撤离后，苏军取走了工厂里剩下的装备，彻底炸毁了v-2火箭制造厂，并俘虏了德国的另一批优秀科学家。

之后冷战开始，美苏两国开始以各自手中的V-2火箭资料及人员，研制出自己的弹道导弹。

之后的太空竞赛，运载火箭技术也延承了V-2火箭的技术。

火箭的分类

火箭分类的方法有很多：

按能源不同：分为化学火箭、核火箭、电火箭以及光子火箭等

按用途不同：卫星运载火箭、布雷火箭、气象火箭、防雹火箭以及各类**火箭等

按级数不同：单级火箭和多级火箭

按射程不同：近程火箭、中程火箭和远程火箭等。

其实不管怎么分，说的通俗一点，火箭是个特殊的交通工具，它运输的可能是人，卫星，空间站。

说火箭是特殊的交通工具，因为这个大家伙，体型不小，但是有效载荷不大，一般的运载火箭，有效载荷只占总重量的10%以下，其他的都是燃料。

下面说说

火箭的燃料（推进剂）

其实火箭的发动机能源也有多种，上面的火箭分类里也有陈述，这里我只讲最多的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的化学火箭

当推进剂被点燃后，推进剂的化学能转化成热能，然后经过发动机喷管，热能转化成动能，推动火箭前进。

化学火箭根据燃料的状态，也可以分为：固态燃料、液态燃料、混合火箭

火箭的燃料，叫做推进剂，推进剂=氧化剂+燃烧剂

举个简单的例子，油灯：油就是燃烧剂，空气中的氧气就是氧化剂

理论上来说，但凡是能燃烧的东西都能做燃烧剂，什么酒精，汽油，煤油。但是现代火箭必须考虑有效载荷的重量。所以要求使用：燃烧期间产生大量高温气体分子或固体喷流的材料作为燃烧剂

为啥还需要氧化剂呢？因为海拔越高，空气约稀薄，所以为了保证燃烧质量，必须给燃烧剂配套氧化剂。

固态推进剂

氧化剂和燃烧剂都是固体的推进剂叫固体推进剂

1，单基推进剂

a，黑火药

b，硝化棉(无烟火药）在军事领域有广泛的用途。

喀秋莎火箭弹部分型号就采用了这种推进剂。

2，双基推进剂

硝化甘油+硝化棉

这种燃料的特点是，本身即是氧化剂，又是燃烧剂

3，复合推进剂

沥青高氯酸钾复合推进剂，聚硫橡胶推进剂

PBAN， HTPB ，CTPB ，XLDB等等各种聚合物，啥是聚合物？比如我们常用的塑料，橡胶鞋底子都是聚合物，这种复合推进剂，不仅比冲大，而且可塑性好，热稳定性好。更耐储存，飞行过程中，更不容易出问题。

现在，复合推进剂中又添加了金属（如铝）和猛炸药成分(环三亚甲基三硝胺RDX，俗称黑索金；环四亚甲基四硝胺HMX，俗称奥克托金）来提高能量密度，以提高推进剂的比冲。

上图世界上技术第二强的固体助推火箭，将在长征九号火箭上使用的巨型固体助推火箭

液态燃料

配方一（V-2火箭）

燃烧剂：酒精+水（75%+25%）

氧化剂：液氧

易挥发，存储和充填的时候相当量的挥发损失

配方二

燃烧剂：偏二甲肼

氧化剂：四氧化二氮

有毒，眼睛失明，皮肤灼伤等

常温液态，不需要点火，接触之后就燃烧，有毒，污染水，还不环保

配方三（大力神2号洲际弹道导弹）

燃烧剂：混肼50（50%的肼+50%的偏二甲肼）

有毒，眼睛失明，皮肤灼伤等

氧化剂：四氧化二氮

常温液态，不需要点火，接触之后就燃烧

配方四（俄罗斯的RD-170，RD-180，SpaceX的猎鹰9号）

Space X能够崛起，也与大老美空军禁用了RD-180发动机有关，这个故事以后有机会再讲

燃烧剂：煤油（俄罗斯的最牛逼：原油含硫量极低。发动机不易结焦，燃烧室能用高压，所以推力大）

这也导致了美国像液氢液氧发动机转型

氧化剂：液氧

目前，世界上已经使用过的推力最大的两台火箭发动机俄罗斯的RD-170，美国的F1，都是使用这个配方的

配方五

燃烧剂：液氢

优点：比冲大，环境友好，燃烧只产生水，没有其他污染。

缺点：

一，沸点太低（-253℃），液态氢和其他气体共存时，除了氦气其他的气体都是固态的，也就是说都变成冰了，这回造成几个问题：

1，这些冰颗粒，容易堵塞液氢输送管路

2，冰颗粒碰撞，在高氧环境下可能造成爆炸

3，为了保证氢气中不产生冰块，在液氢进入火箭的燃烧室之前（包括发射前和飞行中）必须一直用氦气吹扫，氦气的凝固点−272.2℃度，远低于氢气的沸点，所以不会被液态氢冻成冰，而且氦气是惰性气体，不会爆炸。

或者用氦气进行多次的吹除，方法更加的繁琐。

4，温度低，对人容易造成低温冻伤

二，氢气分子量小，容易泄露。泄露后容易和空气的氧气发生爆炸，所以需要注意保温和防泄漏

三，密度小，需要巨大的空间来储存，占用火箭上宝贵的空间。

氧化剂：液氧

配方六

燃烧剂：液态甲烷

有点：不易结焦，结碳；比冲高于煤油；粘度小，冷却性能高于煤油；液态甲烷的密度是液氢的6倍（同等载荷下能有效缩小火箭的体积）

氧化剂：液氧

未来之星，世界范围内有3家公司在大力发展液氧甲烷发动机美国两家：

SpaceX 的 猛禽

蓝色起源 的BE-4

中国的蓝箭

混合火箭

就是用固体的燃料而用液体的氧化剂。

另外，值得一提的是，现今的多级运载火箭中很多都同时包含了液态级跟固态级，也就是说，一个火箭可能第一节是固态的而第二节却是液态的

再普及一下气体液化的知识（液氢，液氧是咋回事？）

气体液化需要两个条件：降低温度（任何气体在降到足够低的情况下都可以使气体液化）、压缩体积（压缩体积不能使所有的气体都液化）

也就是说，气体液化有两条路可以走：第一，降温；第二，增压。而气体液化的条件，温度和压力是一一对应的关系，这个跟气体的物性有关系。

所以，液态氢，液态氧，在储存状态都是：高压，低温状态的。这样才能保证他们都是液态。

运载火箭推力排行榜

由于美国两家火箭公司的搅局，网络上那些传统的重型火箭排名已经完全不靠谱了，所以我又从新排了一下！这个排行里面包括若干PPT火箭（尚未发射的），以及发射了几次，但是没能成功的！

这个表，断断续续的做了两天，所以请允许我给自己的劳动成果加上了薄薄的水印

此表中的数据，按照近地轨道LEO运载能力排序，有一个比较特殊，所以我做了备注

近地轨道：航天器距离地面高度较低的轨道。近地轨道没有公认的严格定义。一般轨道高度在2000千米以下的近圆形轨道都可以称之为近地轨道。

国土普查、气象、资源、通信等卫星运行在近地轨道

排行榜如下：

备注内容可能看不清楚，我在文字表述一下：

备注1：N-1为啥排到土星5号前面，因为设计起飞重量比土星5号还大！虽然没成功发射过，但是确实是目前为止生产过的推力最大的火箭！

备注2 Space X官网的对比图给出的Delta IV Heavy数据为22370；28370来自于United Launch Alhance官网对Delta IV Heavy的描述。

数据来源及权重：企业官网＞Space X 官网中的各家火箭对比数据＞维基百科＞百度

好了，这一篇就写到这里吧！

本篇总结

虽然这是一篇致力于儿童科普航天知识的原创，但是我尽量使用严肃的态度来写，尽量保证文中数据和言论的正确性。

找资料，查数据，做表格，写原创以来这是最难写的一篇！

这一篇就写到这里吧！喜欢看的，你们的留言，点赞，打赏就是我写下去的动力！如果值友们想尽快看这个系列的更新，就尽情的来吧！要是反映不热烈，我就写写健身的事了。开了几篇健身的原创，一直都没写完了……

彩蛋

这次不算彩蛋吧！我想起了小时候自己做的火箭玩具了，这里给宝爸宝妈们分享一下怎么做

材料：厚壁饮料瓶子（可乐之类的），带一小段自行车内胎的气门嘴子，打气筒

制作：给瓶子盖钻个窟窿，然后给气门嘴子带一块胶皮（用于密封）安装到瓶盖上

玩法：给瓶子里装上少半瓶水，用打气筒通过气门嘴给瓶子打气，打的差不多了，瓶口朝地面，瓶子尽量远离自己，迅速拔掉气门芯，一松手，瓶子就飞了

根据我小时候的经验，最牛逼的是雪碧大塑，飞到5层楼高

注意：

1，要找开阔场地，这种火箭无法控制飞行方向，别误伤了别人

2，气别打的太多了，可乐瓶子爆炸那响声，会使人瞬间丧失听力！别问我怎么知道的，都是经验！

3，最好找个地面干净的地方，远离孩子，因为喷气，喷水，巨大的发作用力会把地面的泥土，沙尘全吹起来，吹一脚埋汰点到无所谓，关键是别让沙子眯了孩子的眼睛

什么？你们觉得做这个东西太麻烦，材料不好找？恩，其实我现在也这么觉得！

没关系，万能的马爸爸家有成品，也有配件，关键词“水+火箭”

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好了，这期就到这里了！值友们，下期见！