探空火箭是个啥

张传军 邱小林

 探空火箭的有效载荷剖面图（图片来源 / Wiki）

 德国佩内明德博物馆V-2火箭模型（图片来源 / Wiki）

探空火箭的家谱

世界第一枚专门用于高空大气探测的火箭是美国于1945年秋研制成功的“女兵下士”火箭。它能将11千克的有效载荷送到70千米的高空。此后，美国和苏联利用缴获的德国V-2火箭改装发射了一批探空火箭，其中的地球物理火箭将2.2吨负载（内有80千克科学仪器）带到了212千米的高空。

1957年，当第一颗人造地球卫星开始从外太空回传科学数据时，作为主要空间研究飞行器的探测火箭，约12年之久的统治似乎结束了。因为科学卫星可以在大气中停留数月甚至数年之久，且可以将数据从轨道上发送到世界各地。与之相比，探空火箭仅可以沿着自己的飞行轨迹探测发射地点上空一定的区域，停留仅仅几分钟至几十分钟的时间。

但是，探空火箭并没有被科学卫星淘汰。毕竟现在对高空的探测主要采用卫星、火箭、气球这三种载具。探空火箭有时也称研究火箭（research rocket），是一种携带仪器的火箭，用于在亚轨道飞行期间进行测量和科学实验。探空火箭最大的意义就在于，探测气球飞行高度基本低于40千米，而卫星轨道高度基本高于160千米，在这之间的大气区域，气球上不去、卫星下不来，火箭是唯一可以实地探测，并且经济实惠的探测工具。

在中国，探空火箭与“两弹一星”相比，无论是知名度，还是工程影响力，也许都相差甚远。但不能因此就抹杀探空火箭在中国航天早期发展历史上的重要地位及所发挥的引领作用。可以说，它也是“两弹一星”的重要组成部分，它的许多开创性技术和探索实践为中国日后利用火箭发射人造卫星起到了引领和铺垫作用。

探空火箭的必备家当

探空火箭系统由有效載荷、火箭、发射装置及地面台站组成。有效载荷大多装在箭头的仪器舱内。火箭包括箭体结构、动力装置、稳定尾翼等。大多数探空火箭为单级或两级火箭，也有为3级或4级的。动力装置通常用固体火箭发动机，其可以简化和缩短发射操作时间。稳定尾翼具有保证飞行稳定的作用。地面台站主要包括接收测量信息的地面接收设备、跟踪火箭的定位测速设备（如雷达）和电子计算机等。

进入新时代，“军民融合”、资本加码已为以中国民营航天企业为主的探空火箭准备好“引擎”。随着民营火箭双曲线一号S和重庆两江之星等的陆续发射成功，中国的探空火箭必将为人类和平利用太空贡献更多中国智慧、中国方案、中国力量。

 黑雁9号（Black Brant IX）探空火箭（图片来源 / NASA）

小贴士：

探空火箭与运载火箭的区别

看起来，它们都能“上天”，似乎没有多大的区别，就好像汽车开上路，不管是物流车还是小轿车都是“一脚油门一脚刹”。而事实上，探空火箭和运载火箭的区别大得很。

探空火箭一般是结构简单的亚轨道飞行器，其技术要求主要是保证飞行稳定，达到预定的探测高度和减少弹道顶点和落点的散布。探空火箭主要用于在近地空间进行探测和科学试验，其优点是结构简单、成本低廉、发射也比较方便，但是没有载荷入轨的能力。相比之下，运载火箭的结构更加复杂，火箭上还装有遥测系统、外测系统和安全控制系统等;技术指标也比较多，包括运载能力、入轨精度、火箭对不同重量的有效载荷的适应能力和可靠性等。有效载荷装在仪器舱的上面，外面套有整流罩。它每一级都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统。级与级之间靠级间段连接。运载火箭主要用于将人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道。探空火箭与运载火箭的区别就好比自行车与大卡车，这也是民营火箭首先选择探空火箭试发的原因。

延伸阅读： 探空火箭的分类

按照研究对象，探空火箭有气象火箭、生物火箭和地球物理火箭3类。气象火箭多用于100千米以下高度的大气常规探测，如1996年开发的天鹰探空火箭就将卫星导航探空仪、雷达模式探空仪和落球探空仪等送入临近空间，完成对大气温度、密度、风速等大气要素的原位探测。

生物火箭则是用于外层空间的生物学研究，如1951年美国发射的空峰号探测火箭，它将老鼠和猴子带到高空，并成功回收。1964年7月19日，中国第一枚生物探空火箭T-7A/S1在安徽广德发射成功。火箭装载着8只白鼠，12支装生物试管。短短几十分钟时间里，它们荣幸地成为中国第一批乘上火箭的“登天客”。

探测120千米以上地球物理参数的则是地球物理火箭。1959年，苏联为研究大气高层，发射了一个一级中程地球物理弹道火箭，其中携带有太阳光谱红外区、电离层结构、流星粒子流、高度气流速度和方向监测的仪器，以及用来确定不同高度大气的密度、压力、温度和组成的仪器。

 有效载荷布局图

 探空火箭有效载荷

 多级火箭

“中国航天第一村”是中国第一个探空火箭发射场，被称为“603基地”。它位于今天的安徽省宣城市广德县誓节镇茆林村

（责任编辑/张伟倩   美术编辑/胡美岩）