小型運載火箭的三個流派

文/李宇飛

▲ 衛星號運載火箭

8月17日12時11分，我國體積最小、重量最輕的小型運載火箭——捷龍一號運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射，公眾將目光再次聚焦小型運載火箭。

小型運載火箭一般是指低軌道運載能力在1000千克左右的運載火箭。從歷史上來看,小型運載火箭可以說是源遠流長，幾乎各個具有運載火箭研制能力的國家都研制過小型運載火箭。從小型運載火箭的來源來看，大致可以分為三個流派，本文就為大家梳理一下。

作為各國運載始祖的小型運載火箭

一般來說，運載能力越低，研發制造的難度也就越低，因此世界各國所研制的第一枚運載火箭基本都屬于小型運載火箭。這也就可以稱為小型運載火箭的第一個流派，權且就把它們稱為“始祖派”吧。

我們知道，蘇聯在1957年10月4日成功地發射了人類歷史上第一顆人造地球衛星“斯普特尼克1號”。這顆衛星為直徑58厘米的鋁制球體，有4根鞭狀天線，內裝有科學儀器。“斯普特尼克1號”重83.6千克，進入了環繞地球近地點高度228.5千米，遠地點高度946.3千米，軌道傾角65.1°的軌道。

將這顆衛星送入軌道的“衛星號”運載火箭從運載能力來說確實是一個典型的小型運載火箭，但從外形上來看，實在是不切合當代的小型運載火箭“審美”標準。衛星號運載火箭由一級火箭加上4枚圓錐形助推器組成，全長29.167米，底部最大直徑10.3米。火箭一子級長28.75米，直徑2.95米。單枚助推器長19.8米，直徑2.68米。整流罩長1.2米，直徑3米。各助推器尾段上裝的三角形穩定尾翼翼展約0.9米。火箭起飛質量267.3噸，起飛推力3904.4千牛。

衛星號運載火箭奉行最為簡潔的設計。4枚圓錐形助推器對稱地配置在棒錘形中央芯級的周圍。起飛時，20個主推力室和12個游動推力室同時點火，從而避免了串聯構型運載火箭所遇到的二子級高空點火問題。另外，并聯構型還大大降低了火箭總高度，減少了火箭在發射臺上和在飛行中對風載的敏感性。各助推器和芯級的推進系統彼此獨立，相互間沒有液壓和氣動管路相連，只保持電路連接。各助推器通過上、下兩端的承力結構和芯級相連。上端承力結構是固定在芯級液氧箱承力框的4個支座。各側掛助推器頂部的球頭直接插入此支座的球碗內，用來傳遞助推器的橫向和縱向載荷。下端承力結構是一個裝有爆炸分離機構的管形桿件裝置和捆綁卡箍，用來傳遞助推器的橫向載荷。

說起來，“衛星號”還是由導彈緊急改造的。1955年7月29日，美國總統艾森豪威爾通過白宮新聞秘書發布美國將于1957年發射第一枚人造衛星的消息。僅僅一星期之后，在1955年8月8日，蘇共中央政治局迅速同意了著名的火箭總設計師科羅廖夫提出的關于開始蘇聯人造衛星計劃的建議，批準發射人造衛星。

仔細看下來，“丘諾1號”的設計也十分有特色，也像是一枚臨時拼湊起來的運載火箭。火箭一子級為“紅石”火箭的改進型，采用一臺洛克達因公司的A-6液體火箭發動機，推進劑更換為液氧和海登（60%偏二甲肼與40%二乙撐三胺的混合物）。

歷史上衛星號運載火箭雖然只進行了3次發射，但是它的后裔卻是綿延不絕，因此它作為“東方號系列”運載火箭的基礎級仍然被繼續使用。東方號系列運載火箭包括“衛星號”“月球號”“東方號”“上升號”“閃電號”“聯盟號”“進步號”等型號，后四種火箭又構成“聯盟號”子系列火箭。可以說這是世界上迄今發射次數最多的一種基礎級運載火箭了。東方號系列居功甚偉，發射了世界上第一顆人造地球衛星、第一顆月球探測器、第一顆金星探測器、第一顆火星探測器、第一艘載人飛船和第一艘無人貨運飛船。

▲ 先鋒號運載火箭

如果說，蘇聯的“衛星號”是一枚外形顯得有些粗豪的小型運載火箭的話，那么作為美國運載火箭開山鼻祖的“先鋒號”和“丘諾1號”就是從外形到能力都名副其實的小型運載火箭了。

近年來，微博作為地方政府官員比較青睞的一種新型媒體，在傳播黨和政府信息，聚集民智、民意，引導輿論等方面發揮了重要作用，成為網絡問政的新形式。特別是2010年以來的兩會期間，官員微博更是廣集議案提案，受到公眾的關注和支持。但也不可否認，許多地方政府官員微博在公信力方面仍然存在不足，主要表現在以下幾個方面：

除以上所述以外，其他國家首次研制的運載火箭也大都屬于小型運載火箭，因為篇幅所限，就不在此一一詳述了。

1957年12月6日，在經過分別考驗單個部件、系統和程序的三次發射試驗后，“先鋒號”進行了第一次全箭發射，但火箭在發射臺上燒毀，發射失敗。直至計劃結束，“先鋒號”共進行了14次發射，其中僅有3次成功：1958年3月17日成功地將1.47千克的“先鋒1號”試驗衛星送入軌道，1959年2月17日成功發射“先鋒2號”衛星和1959年9月18日將“先鋒3號”高空測量衛星送入軌道。

算起來，最初不招美國政府待見的“丘諾1號”運載火箭反而是美國最早投入使用的運載火箭，在1958年2月1日發射了美國第一顆衛星“探險者一號”。“丘諾1號”為四級火箭，全長21.72米，最大直徑1.78米，起飛質量28.5噸，起飛推力368.73千牛，能將20千克有效載荷送入500千米高的地球圓軌道。

此時科羅廖夫正在領導蘇聯第一種洲際彈道導彈P-7的研制。科羅廖夫在P-7洲際彈道導彈于1957年8月21日首次完成全程飛行試驗之后，僅僅花費6周時間，就將一枚P-7導彈改裝成“衛星號”運載火箭，將人類第一顆人造衛星發射入軌。

當然了，還有更大量的小型運載火箭是由商業航天企業研制的，專門面向商業發射業務。這些小型運載火箭可以說是“八仙過海，各顯神通”，采取了多種多樣的設計，以便盡可能降低成本，提高可靠性和反應速度，增強在發射市場上的競爭力，我們就把它們稱為“商業派”吧。盡管目前開展研制的小型運載有很多，但是成功實現首飛的其實并不多。

隨著時間來到二十世紀九十年代，由于冷戰的結束，美俄兩國的對峙形勢趨于緩和，雙方都有大量的洲際彈道導彈面臨退役。如何利用這些退役的洲際彈道導彈呢？美俄兩國不約而同都選擇了“彈改箭”的路徑，因此誕生了多型由洲際彈道導彈改造而來的小型運載火箭，那就把它們稱為“彈改派”吧。

由于美國準備倉促，先鋒號運載火箭可以說是一個大雜燴。火箭一、二子級采用液體推進劑，三子級為固體火箭。火箭一子級安裝一臺X-405液體火箭發動機，采用液氧和煤油作為推進劑；二子級安裝一臺AJ10-37液體火箭發動機，采用白色發煙硝酸和偏二甲肼作為推進劑；三子級安裝一臺X-242固體火箭發動機，采用鉀-高氯酸鹽混合物作為推進劑。

▲ 丘諾1號運載火箭

由軍用導彈改裝而來的小型運載火箭

本文的主要貢獻在于將IMU固定在腳部,采用SVM分類器識別單步運動速度,當行人在1.5 m/s～4 m/s內運動時,我們認為單步運動速度識別誤差將小于0.25 m/s。本文提出的方法存在一定的誤差。但是由于同一人員運動狀態改變時步長會發生顯著變化,且已證明運動速度與運動步長之間有強相關關系。本文提出的方法存在一定誤差,但是利用本文提出的方法,針對存在速度劇烈變化的運動過程,可以根據識別的單步運動狀態改變行人的運動步長,相對于用戶輸入步長固定值,將有助于提高SHSs的追蹤精度。

先鋒號運載火箭于1955 年7 月28 日獲批開始研制，是美國政府批準研制的第一種運載火箭。“先鋒號”為三級串聯火箭，箭體細長，全長21.95米，最大直徑1.14米，起飛質量10.2噸，起飛推力120.31千牛，能將25千克有效載荷送入500千米高的地球圓軌道。

說起由洲際彈道導彈改裝而來的小型運載火箭，其中最著名的莫過于美國的“米諾陶”系列了。“米諾陶”運載火箭是美國在簽訂削減戰略武器條約之后，為利用削減的洲際彈道導彈而研制的小型運載火箭。1997年美國空軍與軌道科學公司簽訂了為期5年的軌道與亞軌道項目（OSP）合同，要求該公司專為美國空軍航天與導彈系統中心研制“米諾陶”火箭。“米諾陶”使用洲際彈道導彈部件，專門用于發射政府的有效載荷，不進入商業發射市場。2003年，軌道科學公司又與美國空軍簽訂了為期10年的OSP-2合同。

▲ 米諾陶1運載火箭

“米諾陶”具有低成本、高可靠性的特點，可從美國所有航天發射場發射。“米諾陶”已經發展了5種型號，“米諾陶1”“米諾陶4”和“米諾陶5”屬于衛星運載火箭（SLV），“米諾陶2”和“米諾陶3”屬于亞軌道運載火箭（TLV），僅用作導彈攔截試驗的靶彈和試驗飛行器。

“米諾陶1”是“米諾陶”系列運載火箭中的首個成員，近地軌道運載能力340千克，是一枚不折不扣的小型運載火箭。“米諾陶1”全長19.17米，最大直徑1.67米，起飛質量36.15噸。“米諾陶1”為四級固體運載火箭，一、二子級采用了美國“民兵2”洲際彈道導彈的一、二子級，三、四子級采用了“飛馬座”火箭的二、三子級。2000年1月27日，“米諾陶1”成功地進行了首次發射。

▲ 起跑號運載火箭

▲ 靜海號運載火箭

俄羅斯同樣在簽訂削減戰略武器條約之后，將一些因削減而退役的洲際彈道導彈重新利用起來，改裝成了運載火箭。這其中“起跑號”就是一款典型的小型運載火箭。

起跑號小型運載火箭是在“白楊”洲際彈道導彈的基礎上研制的，是利用了白楊洲際彈道導彈的一、二、三子級，又增加了一個四子級組成的新火箭。火箭全長22.7米，箭體最大直徑1.8m，起飛質量47噸，近地軌道運載能力360千克。起跑號火箭于1993年3月25日首次發射成功。

起跑號火箭采用公路機動發射方式，除標準衛星處理、跟蹤設施以及適當的混凝土發射陣地外，不需要任何專用的新發射設施就可在世界任何一個發射場執行發射任務。火箭使用運輸發射筒進行儲存、運輸和發射。運輸發射筒不僅可以保護火箭免受外部機械損害，而且在火箭操作過程中能與地面發射設施一同提供溫濕度環境。運輸發射筒可放置在固定發射臺上或白楊導彈的7軸運輸-起豎發射車上。

俄羅斯還將潛射彈道導彈也改裝成了小型運載火箭。俄羅斯國家導彈中心將P29PM潛射彈道導彈改裝為“靜海號”小型運載火箭。靜海號火箭可以從水下潛艇或從俄羅斯北方靶場的地面發射系統發射，可以把質量70千克的有效載荷送入高度400千米、傾角79°的地球圓軌道。

何止北京大朝陽大把大把的吃瓜群眾，一大把認真生活的朋友也成了名至實歸的吃瓜群眾。江蘇蘇南的同學說觀看了省級新聞播報，知道從今年開始在蘇南稻麥兩熟地區全面推行小麥季節性輪作休耕，其中太湖一級保護區、蘇南運河沿線等地區采取常年輪作休耕，其他地區3年左右輪休一遍。今年蘇南5市夏收小麥面積375萬畝，每年需實施輪作休耕125萬畝左右，其中太湖一級保護區約25萬畝。跟我聊休耕輪作，我覺得這新聞沒什么問題啊，吃瓜群眾翻出去年大同小異的“有圖有真相”，我說規模可以擴大嘛！慢慢制度化、常態化嘛！我的解釋同學說勉強接受，順便讓我普及一下休耕輪作，盡管去年也寫過類似的文章。

有這樣一種說法：師生關系上，差的學生常常喜歡畫得像老師，最好是一模一樣，認為這樣才能讓人認出自己是誰的學生，可以借師名而揚己名。而強的學生，常常有意拉開與老師的距離，在題材、造型、筆墨、技法上，執意不像老師，不讓人想起誰是自己的老師，這樣的學生才有出息。

臨床發現,由于乳腺癌的早期臨床癥狀缺乏特異性,較多患者就診時常處于中晚期,失去了最佳的手術治療機會,預后效果較差,因此,盡早對乳腺癌患者實施有效診斷有助于手術治療的順利開展,促進其預后[3]。

“靜海號”是三級液體運載火箭。各子級均采用緊湊設計，以適應潛艇發射筒的有限空間。三子級之上的火箭頭部相對于導彈進行了改進，裝有有效載荷密封艙和儀器艙，補充了專門的框架來安裝衛星。

專注于商業應用的小型運載火箭

火箭的上面三個子級為束式固體發動機組，共采用了15臺美國噴氣推進實驗室研制的“中士”固體火箭發動機。二子級為11臺中士發動機并聯，三子級為3臺中士發動機并聯，四子級使用1臺中士發動機。

▲ 飛馬座運載火箭

▲ 雅典娜2運載火箭

“飛馬座”是美國第一種完全由私人企業軌道科學公司投資研制的小型商用運載火箭，主要用于將小型衛星送入近地軌道，進行微重力實驗、材料試驗、通信、定位、地球資源探測或完成其他特殊任務。

“飛馬座”是第一種由載機運送到高空并從空中進行發射的運載火箭，地面輔助設備少，發射操作簡單，因而具有很大的使用靈活性。火箭最初從租用的美國空軍B-52飛機上發射，后來軌道科學公司購買了一架L-1011運輸機專門用作火箭的發射載機。

從產業集聚環境效應研究總體趨勢而言，論文發表數量逐年增加，論文質量不斷提升，研究領域不斷拓展。開展產業集聚環境效應研究的經費主要來源于國家自然科學基金和國家社會科學基金，發表論文分別為146篇和110篇，中國博士后科學基金、國家科技支撐計劃、中國科學院知識創新工程基金、跨世紀優秀人才培養計劃等基金對該研究也有一定的經費支持（圖 2）。總體而言，國家自然科學基金和國家社會科學基金對產業集聚環境效應研究具有重要的引導和支撐作用，此外，山東省、河南省、江蘇省、湖南省和安徽省的省級自然科學基金/社會科學基金項目對該領域的研究也起到了一定的推動作用。

飛馬座火箭是三級固體有翼火箭，1987年4月開始型號研制，1990年4月5日首次成功發射。標準型“飛馬座”全長15.5米，直徑1.27米，翼展6.7米，起飛質量為18 886千克。為了增大運載能力和發射同步軌道小衛星，軌道科學公司還研制了肼輔助推進系統，可按需求加裝在飛馬座火箭上，形成四子級。標準型和加長型的飛馬座火箭200公里近地軌道運載能力分別為375千克和443千克。

圖2是一個完整的脈搏波示意圖。本文設定一個脈搏波中有A、B、C、D和E五個特征點，A點為起點；B點為主波峰及最大值點；C點為次波谷；D點為次波峰；E點為終點，也是下一個周期波形的起點。其中，A、E兩點均為主波谷及最小值點。

“雅典娜”也是全部由私營公司投資研制的小型商業運載火箭。原計劃研制3種型號，最后只成功發射了“雅典娜1”和“雅典娜2”。“雅典娜”火箭采用系列化、通用化、模塊化的設計思想，主要部件在2種型號中通用。“雅典娜1”的一子級還用作“雅典娜2”的二子級。“雅典娜1”的二子級又用作“雅典娜2”的三子級。這2種火箭都使用洛克希德·馬丁公司生產的軌道調整艙（OAM），以便實現入軌機動飛行，同時減小入軌誤差，提高入軌精度。

總而言之，“學案導學”有助于提高教師課堂的講課效率和學生的學習效率，但因為教師們長期采用傳統教學方法，受其影響，在運用了“學案導學”教學方法后，上課時還是講得過多，而對學生的引導過少。另外，教師在設計學案的過程中，因為擔心學生自學水平不夠，內容表述可能過于詳細，沒有把足夠的思考以及探索的空間留給學生，一定程度上影響了學生學習的主動性、積極性。為提升教學效率，教師需要利用各種方法檢查學生的學習情況，比如開展學生間的學習討論、進行部分內容的強化訓練、針對課程進行摸底考試等，用這些方法對知識不足之處加以矯正和補充，避免學生的知識缺陷越來越多，從而實現立德樹人的根本目標。

“雅典娜1”于1993年開始研制，1997年8月22日，“雅典娜1”首次成功發射。“雅典娜2”于1998年1月7日首次成功發射。“雅典娜1”共發射了4次，成功3次。“雅典娜2”共發射了3次，成功2次。

電網處于單向供電狀態時，電力電子變壓器輸入級的整流環節可以使用電力二極管構成的不控整流方式，相較于全控型整流模式，控制手段更為簡單，損耗和成本大為下降，有很大便利性。

我國的“捷龍一號”運載火箭也是由商業化運營的中國長征火箭有限公司面向商業航天市場打造的一款微小型固體運載火箭。捷龍一號火箭采用一車一箭方式，運抵發射場后可實現24小時內快速發射。其單發價格不超過2500萬元，同時履約周期短，與用戶簽約后6個月即可出廠，為微小衛星技術驗證、星座組網和補網提供更加安全、靈活、經濟、迅速的服務。