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12 为什么要采用多级火箭
火箭是一种运输工具，它的任务是将具有一定质量的航天器（又称有效载荷）送入太空。航天器在太空中的运行情况与它进入太空时的初始速度的大小和方向有关。一般地说，如果航天器进入飞行轨道的速度小于第一宇宙速度（千米/秒），航天器将落回地面；如果航天器进入轨道的速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度（千米/秒）之间时，它在地球引力场内飞行，成为人造地球卫星；如果航天器进入轨道的速度介于第二宇宙速度与第三宇宙速度（千米/秒）之间时，它就飞离地球成为太阳系内的人造行星；如果航天器进入轨道的速度达到或超过第三宇宙速度时，它就能飞离太阳系。
〃火箭之父〃康斯坦丁？齐奥尔科夫斯基1903年在他的《用火箭推进器探索宇宙》一文中提出了著名的齐奥尔科夫斯基火箭理想速度公式。该公式可表述为：
VK=Pb？g0？Ln ＇（GT＋GJ）/GJ＇
式中： VK……火箭的末速度；Pb……比推力（比冲）；g0……地面的重力加速度；GT……火箭起飞时的推进剂质量；GJ……火箭的结构质量，其中包括有效载荷。
力大无比的运载火箭（5）
所谓理想速度就是该公式中忽略了许多因素，如未考虑气动阻力和地球引力造成的损失，也未考虑g0随高度递减的变化及其他因素。根据该公式计算出来的速度比实际数值大，所以称之为理想速度。尽管如此，该公式仍足以说明速度与比推力、质量比之间的关系。
从理想速度公式可以看出，有三种方法能提高火箭的末速度：一是采用高能量推进剂，即采用高比推力的推进剂。但比推力的提高受到科学技术水平的限制，目前常用的高比推力的化学推进剂为液氧和液氢。二是采用高强度结构材料，尽量减轻火箭的结构质量。这种办法也受当时科学技术水平的限制。三是增加火箭的推进剂质量。但单纯增加推进剂质量也不行，当推进剂质量增加时贮箱的容积也增加，结构质量随之增加。（GT＋GJ）/GJ的比值是非线性增长的，当推进剂适量增多时该比值增长幅度较大。但当推进剂质量越来越大时，该比值的增长幅度将越来越小，最终会趋于一个常值。也就是在比推力不变的情况下，无论推进剂质量怎样增加，火箭的末速度会停留在某个数值上而不再增大。这一结果可以比较直观地说明，当推进剂增加时，除了贮箱容积增大之外，贮箱所受到的载荷也在增加，为了承受增加的载荷，贮箱的箱壁厚度也要增加，贮箱也就越来越重。火箭飞行一段时间之后，推进剂被消耗，贮箱越来越空，推进剂释放出来的能量不仅要加速有效载荷，还要加速这部分空贮箱，如果贮箱越重，用于加速空贮箱的推进剂比例就越大，直到速度不再增加。
随着人类逐渐进入深空探测和空间飞行器的功能增多，要求火箭具有更大的运载能力，因而出现了多级火箭。简单地说，多级火箭就是把几个单级火箭连接在一起形成的，其中一个火箭先工作，工作完毕后与其他的火箭分开，然后第二个火箭接着工作，依此接力工作。由几个火箭组成的就称为几级火箭，如二级火箭、三级火箭等。需要指出的是，如果多个火箭同时工作，它们只能算一个级。多级火箭的优点是每过一段时间就把不再有用的结构抛弃掉，无须再消耗推进剂来带着它和有效载荷一起飞行。因此，只要在增加推进剂质量的同时适当地将火箭分成若干级，最终可以使火箭达到足够大的运载能力。应当注意，火箭在某个确定的起飞质量（GT＋GJ）下并非级数越多越好，因为，每一级火箭除了贮箱外至少还必须有动力系统、控制系统、伺服机构以及连接各级火箭的连接结构等。每增加一级，这些组成部分就增加一份。级数过多不仅费用增加，可靠性降低，火箭性能也会因结构质量增加而变坏。因为在起飞质量不变的前提下，增大结构质量必然要减少推进剂，从能量守恒原理可知其运载能力必然下降。总之，为了提高火箭的运载能力，采用多级火箭是个好办法，但不是级数越多越好，它与起飞质量之间有着某种对应关系。
13 影响运载火箭飞行的因素有哪些
在运载火箭安全可靠的前提下，天气是影响运载火箭飞行的主要因素。天气对两个环节影响最大：转运和发射。
转运是指把运载火箭与飞船的船箭组合体从总装厂房转运到发射塔架，其间距离1500米。转运阶段影响最大的是距地面0～80米的浅层风，因为转运时飞船已经加注，而火箭还没加注，处于头重脚轻的状态，风速过大可能让火箭失去平衡。
发射时最重要的天气因素则是距地面8～15千米的高空风。这是大气层里风速最快的地方，风速太大会影响火箭的姿态。同时，风的切变如果太大，比如说，上下层风速不一样，或者风的方向不一样，可能使火箭发生扭曲。
其他影响发射的因素还有云量、能见度、降水、地面大气电场强度等。
载人航天发射的最佳气象条件主要包括：
总云量0～3成，无降水；
地面风速小于8米/秒；
水平能见度大于20千米；发射前8小时至发射后1小时，发射场区30～40千米范围内无雷电活动；
船箭发射所经过空域3～18千米高空最大风速小于70米/秒。
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神奇的载人飞船（1）
有了力大无比的运载火箭可以托举人类战胜地球的引力，冲破地球的束缚，从而实现进入太空的梦想。但是，仅仅只有运载火箭，航天员还是不能安全进入太空的，还需要一种能够容纳航天员的保护装置，使航天员在进入太空的过程中克服高速流动的空气产生的高温高热等不利因素，并且在航天员进入太空后，能够安全地将航天员送返地球，这样的保护装置就是载人航天器。我国的〃神舟〃飞船就是这样一种载人航天器。
截至目前，我国共进行了6次神舟飞船的顺利发射，分别是：
1999年11月20日6时30分，〃神舟一号〃飞船成功发射，飞船在轨运行1天共14圈，11月21日3时41分，飞船返回舱安全返回预定的内蒙古主着陆场。
2001年1月10日1时0分，〃神舟二号〃飞船成功发射，飞船在轨运行7天共108圈，1月16日飞船返回舱返回预定的内蒙古主着陆场。
2002年3月25日22时15分，〃神舟三号〃 飞船成功发射，飞船在轨运行7天共108圈，4月1日16时54分，飞船返回舱安全返回预定的内蒙古主着陆场。
2002年12月30日0时40分，〃神舟四号〃飞船成功发射，飞船在轨运行7天共108圈，2003年1月5日19时18分，飞船返回舱安全返回预定的内蒙古主着陆场。
2003年10月15日9时0分，〃神舟五号〃飞船成功发射，飞船在轨运行14圈，10月16日6时23分，飞船返回舱安全返回预定的内蒙古主着陆场，航天员杨利伟自主出舱，健康状态良好，实现了我国几千年来飞天的梦想。
2005年10月12日9时0分，〃神舟六号〃飞船成功发射，飞船在轨运行5天共77圈，两名航天员费俊龙、聂海胜在飞船返回舱和轨道舱内按计划完成了一系列科学试验。10月17日4时33分，飞船返回舱承载两名航天员安全返回内蒙古主着陆场，两名航天员自主出舱，身体健康状态良好。〃神舟六号〃载人航天飞行任务的圆满成功，标志着我国载人航天工程第一步战略目标胜利实现，也为实现第二步战略目标奠定了基础。
1 飞船有什么样的结构形式
我国的〃神舟〃飞船由返回舱、轨道舱和推进舱三个舱段构成。按照〃神舟〃飞船在太空中的飞行状态，三个舱段由前到后的安装次序是：轨道舱、返回舱和推进舱。
轨道舱呈圆桶形状，是航天员工作、生活和休息的地方。轨道舱主要安装科学试验仪器、航天员食品和饮用水装置。轨道舱的后端底部设有舱门，航天员通过这个舱门可以进入返回舱。轨道舱外部两侧装有两个像鸟儿翅膀一样的太阳帆板电池翼，轨道舱所需要的电能就是由这两个太阳帆板电池翼提供的。
返回舱是载人飞船唯一返回地球的舱段，飞船起飞、上升到入轨及返回着陆时，航天员都在返回舱内。〃神舟〃飞船的返回舱形状像钟，其舱门与轨道舱相连，航天员通过这个舱门，可以进入轨道舱。返回舱是飞船的指挥控制中心，舱内安装了航天员的座椅。飞船在起飞、上升和返回地面时，航天员是躺在座椅上的。返回舱内还安装了飞行中需要航天员监视和操作的仪器设备，航天员通过这些仪表可以随时判断、了解飞船的工作情况，还可以在必要时人工干预飞船系统和设备的工作。
推进舱形状呈圆柱形，舱内安装推进系统发动机和推进剂，其作用是为飞船提供姿态控制和进行轨道维持所需的动力；飞船电源、环境控制和通信等系统的一部分设备也安装在这里。推进舱外部两侧也安装了两个太阳电池翼，为飞船提供所需的电能。
〃神舟〃飞船的轨道舱和返回舱都是密封的舱段，舱内与外界完全隔绝，内部安装的环境和生命保障系统，将为航天员提供一个与地球环境一样的舒适生活环境。另外，还安装了供着陆用的主、备两具降落伞。返回舱侧壁上开设了两个圆形窗口，一个用于航天员观察窗外的情景，另一个供航天员操作光学瞄准镜观察地面，驾驶飞船。
国外飞船的结构组成主要有两种，即两舱式结构（返回舱和服务舱）和三舱式结构（返回舱、轨道舱和服务舱）。如有对接任务时则有对接机构，它放在飞船的最前边。第一代飞船，如苏联〃东方号〃飞船，结构很简单，是两舱式，飞船只载一个人。第二代飞船，如苏联〃上升号〃飞船，多了一个出舱用的气闸舱，且能载2～3人；而美国〃双子星座号〃飞船仍为两舱式加对接机构。第三代飞船是三舱式结构，如苏联的〃联盟号〃飞船。这种飞船的最前端是对接机构，然后接轨道舱，再接返回舱和服务舱，最后与运载火箭相连。美国〃阿波罗号〃飞船除有两舱式结构外还增设登月舱。
神奇的载人飞船（2）
2 飞船怎样保障航天员生命安全
维持载人航天器（如飞船）密闭舱内大气环境，是保障航天员安全、生活和工作的综合措施和重要条件。
载人航天器生命保障系统是在飞机环境控制系统和生物卫星生命保障系统的基础上发展起来的。它除包括压力、温度、湿度、供气和空气分配等环境控制系统外，还设有航天员系统，即航天员的饮食、休息、睡眠、排泄等日常生活保障系统。此外，航天器与飞机的舱外环境不同，其环境控制系统也有差别。自从1961年苏联航天员加加林乘〃东方1号〃飞船进入宇宙空间以来，航天任务的内容不断扩展，续航时间增长，航天员不仅要长时间在舱内工作，而且还要出舱活动，在空间行走，直至登月探索。载人飞船、航天站和航天飞机的生命保障系统日趋复杂和可靠，已能满足多乘员、长时间、重复使用的航天任务要求。
载人航天器生命保障系统由六个分系统组成：载人航天器环境控制系统、载人航天器气体贮存系统、航天员供水和水处理系统、航天员废物处理系统、航天食品以及航天服。
苏联〃东方1号〃飞船的生命保障系统是一种较简单的短时间的综合保障装置。密闭舱内大气压力和氧分压接近地面标准，二氧化碳浓度低于％，舱温保持在12℃～15℃，相对湿度为45％～65％，舱内装有上述各项参数的检测设备，为航天员提供信息并向地球站传送遥测信号。利用碱土金属的超氧化物吸收舱内和人体排出的二氧化碳，同时释放氧气，供航天员呼吸。调温装置和空间辐射散热器组成的温度控制系统，用以调节舱内温度。舱内湿度靠控制去湿装置的气体流量来调节。航天员的食物是用铝管包装的膏糊状食品，进餐时用手挤压管壁，通过进入管将食物送进口中。在航天服加压情况下，可通过头盔食孔进食。加加林穿的航天服是一种结构简单的舱内服装，具有加压和通风功能。
美国〃阿波罗11号〃飞船载有3名航天员，续航14天。它有三套比较复杂的生命保障系统，分别设在服务舱、指挥舱和登月舱内。舱内采用100％的纯氧环境，为防止火灾，起飞前注入一些氮气。座舱压力调节器保持指挥舱内压力为340帕（每帕为千克力/平方厘米）。一旦舱体骤然泄压，应急供氧系统立即大流量供氧，维持座舱5分钟的安全压力，以保证航天员穿好航天服。温度控制系统具有两个独立的冷却回路，冷却介质乙二醇经离心泵循环流动，把人和设备产生的热量通过空间辐射散热器向空间辐射散热。航天服回路中的二氧化碳和臭气净化装置由两个装有氢氧化锂和活性炭的净化筒组成，两者交替工作。净化后的气体余热通过冷凝器由乙二醇带走，气体中的水汽通过水汽冷凝分离器变成冷凝水，周期地排入废水箱。主氧源是超临界压力低温贮存的液态氧。供水系统的水源来自氢氧燃料电池的副产品，经净化处理后供航天员饮用。航天员食物是袋装的各种脱水食品，加水后食用，味道接近地面膳食。睡觉使用睡袋。人体排出的废物经收集后贮存。登月服是具有液冷降温结构的舱外用航天服。服装背包内装有便携式生命保障系统和通信系统。便携式生命保障系统是一个自成体系的小背包，背在航天员身上，它能保证航天员在月球上工作4小时。通信系统装在背包内。
3 飞船怎样返回地面
确保飞船精确返回，是载人航天飞行任务的关键。通过对飞船一系列的精确调姿、制动，将确保飞船准确返回。
〃神舟〃飞船按预定计划完成围绕地球运行的圈次后，开始从南大西洋上空向地球表面返回。停泊海上的航天测控船将向〃神舟〃飞船发出返回指令，飞船发动机开始加温预热。在测控指挥系统的精确控制下，〃神舟六号〃飞船将逆时针转过90度，由轨道舱在前、返回舱居中、推进舱在后的轨道飞行状态变为横着飞行状态。这时，轨道舱从返回舱与推进舱中分离出来，留在太空轨道继续运行。
轨道舱分离后，返回舱和推进舱的组合体将继续逆时针转过90度，变成推进舱在前、返回舱在后的飞行状态，相当于最初的飞行状态掉了个头。推进舱发动机朝着飞船前行的方向点火制动，减速的飞船开始降低高度，向地球飞行。 。 想看书来
神奇的载人飞船（3）
在降落到距离地球大约140千米时，返回舱与推进舱分离。推进舱进入大气层烧毁，返回舱进行最后一次也就是第三次调姿，以设定好精确角度向地球飞行。
这短短几分钟内的三次调姿与再入制动，对飞船的准确返回极为关键。如果返回控制时间出现1秒钟的误差，就将导致地面落点9千米的偏差，甚至会使飞船无法正常返回地面。调姿与制动完全是程序化的，飞船可自动执行。同时，返回舱还具有升力控制能力，可控制落点精度，使返回舱降落到预定的主着陆场内。
4 飞船返回舱为什么设计成钟形
早期载人飞船返回舱的形状并不是钟形的，苏联〃东方号〃系列飞船的返回舱都是球形的