发射
概述
发射(發射)是指利用火药爆炸力、压缩气体、火箭推进等外部获得的推进力,将物体以目标方向和速度发射出去的行为。其概念广泛用于将航天运载器送入轨道、导弹与枪炮射击、烟花表演等,如今已成为航天产业与军事技术的核心工序。发射的成败取决于推进系统、结构设计、发射台环境、气象条件与管控软件相互配合的结果。
主要内容
词源与概念
"发射"是汉字词,意为"射出去",英语中则根据不同语境区分为 launch(航天运载器、导弹)、firing(枪炮)、discharge(放电、排放)等。在韩语中,航天领域的"发射"和军事领域的"发射"用同一个词通用,但前者以入轨和有效载荷保护为核心目标,后者以命中率和生存性为核心目标,两者在工程需求上差异很大。
推进的物理原理
一切发射的基本原理都是牛顿第三定律——作用与反作用。火箭将燃烧气体高速向后喷出,凭借反作用力向前推进。所需速度因任务而异,进入地球低轨道所需的第一宇宙速度约为7.9km/s,完全脱离地球引力的逃逸速度约为11.2km/s。在大气低层,空气阻力与最大动压(Max Q)区间会构成结构性负担,因此运载器在通过该区间时会精密控制推进方向和姿态。
航天运载器的构成
航天运载器通常由有效载荷(Payload)、推进发动机、推进剂贮箱、制导与控制装置、分离装置构成。多级堆叠的多级火箭方式属于标准方式,目的在于燃烧完毕后抛弃该级以减轻质量,从而提高燃料效率。推进剂分为液体(液氢、煤油、甲烷等)和固体,液体便于推力调节与重新点火,固体则在即时响应性和储存性上更优。
发射程序
1. 组装与检查:组装运载器与有效载荷,验证电气·机械系统。
2. 加注推进剂:向贮箱注入低温推进剂,并监控温度与压力。
3. 倒计时:最终确认各系统状态,异常时自动中止(Hold)。
4. 点火与起飞:主发动机点火后,当推力超过自身重量时起飞。
5. 级分离:各级燃烧结束时予以分离,并对下一级点火。
6. 入轨或再入:将有效载荷射入目标轨道,或回收型一级执行着陆程序。
发生异常时,运载器自毁(FTS)程序启动,以防对地面造成损害。
主要发射场
除韩国的罗老宇宙中心外,美国肯尼迪航天中心、哈萨克斯坦拜科努尔、法属圭亚那库鲁航天中心、中国酒泉·文昌发射场、日本种子岛宇宙中心等均为代表性发射场。发射场纬度越低,越能更多利用地球自转速度,同样的推进剂就能送入更重的有效载荷。但根据卫星轨道倾角不同,最佳纬度也不同,因此南极·极轨任务会使用高纬度发射场。
军事·工业领域的发射
军事领域的发射包括弹道导弹、巡航导弹、防空导弹、舰炮·野战炮射击等。射程、精度、生存性是核心指标,近年来极超音速滑翔体和多弹头技术成为竞争焦点。在工业·休闲领域,烟花、消防发射装备、无人机发射台、弹射座椅等均应用了发射原理。
最新动态
2024~2025年发射领域最大的话题是可重复使用性与发射频次的激增。SpaceX的猎鹰9号实现了一级回收商业化,将年发射次数提升至史上最高水平,大型完全可重复使用系统星舰则通过反复试飞,验证轨道级飞行与回收技术。蓝色起源的新格伦、欧洲阿丽亚娜6、日本H3等新型运载器相继投入飞行,大型卫星发射市场的竞争再度白热化。
韩国以努里号(누리호)连续发射成功为基础,扩大民间主导的运载器开发与可重复使用技术研究,并同步推进下一代运载器项目与小型运载器生态建设。另一方面,随着星链、OneWeb、立方星集群等低轨卫星互联网需求剧增,小型·专用运载器与多载荷发射(拼车)市场迅速壮大。为缓解发射场瓶颈,海上发射平台和移动式发射台也备受关注。
在军事领域,极超音速导弹、多弹头再入体、拦截导弹体系的实战部署不断扩大,太空监视与发射预警能力已成为国家安保的核心变量。与此同时,运载器残骸与太空碎片问题、发射许可与太空交通管理规范的整顿,成为国际性课题。
相关主题
- [[航天运载器]]
- [[火箭]]
- [[努里号]]
- [[SpaceX]]
- [[导弹]]
- [[人造卫星]]
- [[罗老宇宙中心]]
- [[可重复使用运载器]]