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，美國和蘇聯利用繳獲的德國V-2火箭改裝發射了一批探空火箭，其中的地球物理火箭將2.2噸負載（內有80千克科學儀器）帶到了212千米的高空。

1957年，當第一顆人造地球衛星開始從外太空回傳科學數據時，作為主要空間研究飛行器的探測火箭，約12年之久的統治似乎結束了。因為科學衛星可以在大氣中停留數月甚至數年之久，且可以將數據從軌道上發送到世界各地。與之相比，探空火箭僅可以沿著自己的飛行軌跡探測發射地點上空一定的區域，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衛星淘汰。畢竟現在對高空的探測主要采用衛星、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行測量和科學實驗。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，而衛星軌道高度基本高于160千米，在這之間的大氣區域，氣球上不去、衛星下不來，火箭是唯一可以實地探測，并且經濟實惠的探測工具。

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。但不能因此就抹殺探空火箭在中國航天早期發展歷史上的重要地位及所發揮的引領作用。可以說，它也是“兩彈一星”的重要組成部分，它的許多開創性技術和探索實踐為中國日后利用火箭發射人造衛星起到了引領和鋪墊作用。

探空火箭的必備家當

探空火箭系統由有效載荷、火箭、發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。火箭包括箭體結構、動力裝置、穩定尾翼等。大多數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動機，其可以簡化和縮短發射操作時間。穩定尾翼具有保證飛行穩定的作用。地面臺站主要包括接收測量信息的地面接收設備、跟蹤火箭的定位測速設備（如雷達）和電子計算機等。

進入新時代，“軍民融合”、資本加碼已為以中國民營航天企業為主的探空火箭準備好“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發射成功，中國的探空火箭必將為人類和平利用太空貢獻更多中國智慧、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：

探空火箭與運載火箭的區別

看起來，它們都能“上天”，似乎沒有多大的區別，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”。而事實上，探空火箭和運載火箭的區別大得很。

探空火箭一般是結構簡單的亞軌道飛行器，其技術要求主要是保證飛行穩定，達到預定的探測高度和減少彈道頂點和落點的散布。探空火箭主要用于在近地空間進行探測和科學試驗，其優點是結構簡單、成本低廉、發射也比較方便，但是沒有載荷入軌的能力。相比之下，運載火箭的結構更加復雜，火箭上還裝有遙測系統、外測系統和安全控制系統等;技術指標也比較多，包括運載能力、入軌精度、火箭對不同重量的有效載荷的適應能力和可靠性等。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構、推進系統和飛行控制系統。級與級之間靠級間段連接。運載火箭主要用于將人造地球衛星、載人飛船、空間站、空間探測器等有效載荷送入預定軌道。探空火箭與運載火箭的區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探測，如1996年開發的天鷹探空火箭就將衛星導航探空儀、雷達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研究，如1951年美國發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在安徽廣德發射成功。火箭裝載著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的則是地球物理火箭。1959年，蘇聯為研究大氣高層，發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、電離層結構、流星粒子流、高度氣流速度和方向監測的儀器，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鎮茆林村

（責任編輯/張偉倩 ? 美術編輯/胡美巖）