前蘇聯“衛星號”
1957年10月4日,“衛星號”將世界上第一顆人造地球衛星(重836千克)送入傾角656度,近地點228千米,遠地點947千米的橢圓形空間軌道。此後又用它發射了世界上第一顆生物衛星和重達1327千克的前蘇聯第三顆緒地球衛星。
“衛星號”由科羅廖夫設計局研製。“衛星號”在發射了三顆衛星後,經適當改進,增加一級或兩級不同規格的上麵級火箭,先後派生出“東方號”、“閃電號”和“聯盟號”,成為世界上用途最廣、使用次數最多的一種係列。
“衛星號”采用級間配置的兩級(或稱一級半)結構,由4個助推火箭對稱捆綁在中央的芯級周圍而組成,用來發射橢圓軌道衛星。火箭芯級長28米,直徑295米。助推火箭長19米,底部直徑3米,尾部外側固定一個三角形尾翼。助推火箭外形呈漸縮錐形。芯級和4個助推火箭都有各自的推進劑箱和發動機艙。它們均使用液氧和煤油作推進劑。火箭一次可裝載24726噸燃料。芯級裝一台真空推力為911千牛、有4個燃燒室的PⅡ-108火箭發動機。每個助推火箭裝一台地麵推力為980千牛、有4個燃燒室的PⅡ-107火箭發動機。芯級液之上雜器艙和裝有衛星的整流罩。
火箭起飛時,5台發動機同時工作。火箭飛行到120秒,助推火箭先行熄火、分離。發動機下部連接機構首先爆炸分離。助推火箭繞著上端的滾珠軸承旋轉,在轉到一定角度後便脫離齧合,借助液氧箱中的氣體向外噴射的作用力而脫離芯級。芯級發動機單獨工作180秒,速度達到8千米/秒。淨重10噸的芯級隨同衛星一起人軌。這種級間組合方案以及把芯級設計成單級的作法,避免了火箭第一、二級之間的分離和第二級發動機的高空點火問題。
火箭沒有采用主發動機擺動,而是靠火箭底部的12台可擺動的小型遊動發動機,控製火箭的航向,這樣可減少主發動機酣的複雜性。
火箭基本性能數據:淨重22噸,起飛重量267噸,起飛推力3900千牛,總長2916米,最大直徑103米。
美國“丘比特忑”
1958月2月1日,“丘比特-C”從卡那維拉爾角起飛,將美國第一顆人造地球衛星“探險者-1”號(重82千克)送入近地點360千米,遠地點2531千米,軌道傾角334度的橢圓空間軌道,成為繼原前蘇聯“衛星”號之後,第二個擁有發射衛星能力的。該火箭後來又進行過I5次衛星發射,二次成功——“探險者”。三次失敗“探險者”-1、“5和“信標-1號衛星。以後根據新的命名規則,該火箭改稱“後諾I”。
美蘇最初的都是從彈道導彈改進而來。“丘比特-C”的主體(第一級)是“紅石”導彈,在其上加裝比第一級要小得多的2~4級。在此基礎上,將“丘比特《”第一級貯箱加長,組成新的稱為“水星紅石”,可運載美國第一種飛船“水星”號。1961年5月5日,謝撥德就是乘該船進行了美國首次載人亞軌道飛行。而“丘比特”導彈加上,“丘比特-C”的第二、三級,組成另一種新的,稱為“丘諾II”。該火箭共發射10次,曾成功發射美國第一個空間探測器“先驅者4”。
“丘比特-C”是四級(一級液體,三級固體),采用混聯組合方式,總長2172米,起飛重量285噸,起飛推力376噸。火箭的第一級是“紅石”導彈的改進型,長171米,箭體直徑165米,動力裝置是一台液體火箭發動機,推進劑改用能量更高的液氧和“海登”(出偏二甲肼和二乙三胺的混合物),推力提高12%。貯箱加長16米,達到114米。控製機構是空氣動力舵和燃氣舵。頭部是圓錐形過渡段,裝4隻壓縮噴管。當第一級分離後,通過4隻噴管使級間段與上麵級一起作程序轉彎,使第二級點火時正處於水平狀態。頭部還裝載二台旋轉用電動機,使上麵的三級箭體通過旋轉達到姿態穩定。
火箭第2—4級似套筒結構,一級套一級。最外層是第二級,11支“中士”固體火箭呈環形均布於圓筒形箭體四周,其裏是均布的三台“中士”固體火箭組成的第三級。第四級是一台“中士”火箭和有效載荷,置於第三級的中心處。第四級發動機空殼與有效載荷一起人軌。有效載荷為圓柱形的儀器容器,位於第四級的頭部。第四級長2米。每枚“中士”火箭長12米,直徑15厘米,推力7120牛。
中國“長征”一號
1970年4月24日,中國從酒泉衛星發射場,使用自製的“長征”一號,將173千克重的中國第一顆人造衛星“東方紅”一號送人傾角685度、近地點439千米、遠地點2384千米的橢圓形軌道。中國成為繼美、蘇、法、日之後,第5個能獨立發射衛星的國家,並擁有將300千克重的衛星,射人傾角為70度、高度為440千米軌道的運載能力。
“長征”一號是三級串聯式,適用於發射科學實驗和應用衛星,是“長征”係列中發射中、小型衛星的運載工具。“長征”一號的研製始於1965年10月。它是在單級火箭中移火箭的基礎上發展起來的。從單級火箭到多級火箭,“長征”一號解決了各級火箭之間、火箭與衛星之間的連接與分離、發動機的高空點火以及由於火箭分離和長細比加大帶來的控製方麵的問題。“長征”一號的一、二級是液體火箭,第三級是固體火箭。其結構包括整流罩、三級儀器支架、支承固體火箭發動機的轉接錐、遙測儀器艙、控製儀器艙、4個推進劑貯箱、2個尾段、級間分離機構、防熱底以及氣瓶、自動器、火工品等。火箭起飛重量815噸,起飛推力104噸,箭長2946米,最大直徑225米,采用全慣性捷聯製導係統。