运载火箭行业分析报告Word文档格式.docx

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2~4级运载火箭为主，捆绑的助推器算半级11

5、按发射方式分类：

塔架发射为主流，车载发射、空中发射迅速发展12

三、火箭的组成13

1、结构系统：

运载火箭的骨骼14

2、动力系统：

运载火箭的心脏17

3、控制系统：

运载火箭的大脑18

四、运载火箭典型发射程序与飞行过程19

五、运载火箭技术发展方向21

1、重型化是民用航天的不懈追求21

2、低成本化是商业航天催生的迫切需求24

3、快速专用化主要满足军事航天的战术需求24

概述。

运载火箭是实现太空飞行的唯一交通工具。

火箭是采用火箭发动机向前推进的飞行器。

火箭发动机自身携带氧化剂和燃烧剂，不依赖外界工质，可在真空中工作。

航天活动的主要场所为太空，只能采用火箭发动机。

运载火箭的主要技术指标有运载能力、入轨精度、可靠性和发射成本。

运载能力用可运载的质量及相应的轨道高度来描述；

入轨精度是指有效载荷实际运行轨道和预定轨道的偏差；

可靠性一般采用百分比来衡量，是根据概率计算出来的；

运载火箭的发射成本一般用发射一次的成本来衡量，衡量卫星发射成本，一般采用单位质量发射价格。

火箭的分类。

火箭的主要分类方式包括用途、发动机类型、规模、级数等。

按照用途分类，火箭可分为卫星运载火箭、军用火箭、探空火箭、防雹火箭等。

按照发动机分类，火箭可分为固体火箭、液体火箭两类，固体火箭一般为小型火箭；

液体火箭一般为中型、大型火箭。

按照规模分类，火箭可分为小型运载火箭、中型运载火箭、大型运载火箭、重型运载火箭等，主要以近地轨道运载能力进行区分。

按照级数分类，火箭可分为一级火箭、二级火箭、三级火箭和四级火箭，一般运载火箭技术为2~4级。

按发射方式分类，可分为塔架发射、车载机动发射、空中发射等，塔架发射方式为主流。

火箭的组成。

火箭主要由三大系统组成：

结构系统、动力系统和控制系统，另外还包括遥测系统、安全系统、外弹道测量系统、地面测发控系统等。

液体运载火箭的箭体结构系统主要由推进剂贮箱、仪器舱、推力结构、尾段和尾翼、有效载荷整流罩等组成。

对固体运载火箭而言，其箭体结构除了没有推进剂贮箱、箱间段和发动机架外，其他与液体运载火箭的箭体结构基本相同。

液体火箭动力系统一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。

固体火箭动力系统由药柱、壳体、喷管组件和点火装置等组成。

控制系统由制导和导航系统、姿态控制系统、综合线路系统三大部分组成。

运载火箭典型发射程序与飞行过程。

当运载火箭准备工作全部完成后，发射工作便可进入倒计时阶段。

倒计时阶段开始时，由指挥中心向发射场、火箭飞行过程中箭体分离后的落区、分布在各地的测控站、远洋测量舰队等统一发布口令。

一般运载火箭的倒计时从由发射窗口确定的发射时间前1个小时开始，叫做1小时准备，最后是从10开始倒数至1，运载火箭点火起飞。

火箭起飞后，在控制系统的控制下，分别完成程序转弯、助推器脱落、上面级火箭的点火与关机、级间分离和整流罩分离等；

当火箭到达入轨点时，有效载荷与火箭分离，进入预定轨道运行。

运载火箭技术发展方向。

随着军事航天、民用航天与商业航天的不断推进，运载火箭呈现重型化、低成本化、快速专用化三个发展趋势。

重型化是民用航天的不懈追求，低成本化是商业航天催生的迫切需求，快速专用化则主要满足军事航天的战术需求。

一、概述

火箭发动机不同于飞机、汽车上的发动机，它自身携带氧化剂和燃烧剂，不依赖外界工质，可在真空中工作，因此既可以在稠密大气层内工作，也可以在外太空飞行；

而飞机、汽车上的发动机自身只携带燃烧剂，氧化剂靠吸入空气中的氧气，只能在大气层内飞行。

航天活动的主要场所为太空，包括人造卫星、月球探测器、火星登陆器等等，而太空是指地球大气层以外的宇宙空间，太空飞行要进入没有大气的太空环境，只能采用火箭发动机，因此，运载火箭是实现太空飞行的唯一交通工具。

太空与大气层空间的区分以人造卫星离开地面的最低高度100km为界。

物理学家将大气分为5层：

对流层（海平面至10千米）、平流层（10～40千米）、中间层（40～80千米）、热成层（电离层，80～370千米）和外大气层（电离层，370千米以上）。

地球上空的大气约有3/4在对流层内，97%在平流层以下，平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度。

人造卫星的最低轨道在热成层内，其空气密度为地球表面的1%。

近些年来，趋向于以人造卫星离开地面的最低高度100km为外层空间的最低极限界限。

运载能力是指运载火箭能够送入到预定轨道的有效载荷的质量。

它随着预定轨道的高度和倾角的增大而减小，一般运载能力用可运载的质量及相应的轨道高度来描述，如200kg/700km是指运送到700km高度轨道的运载能力为200kg。

常用的轨道名称包括LEO、MEO、GEO和SSO等。

运载火箭的入轨精度是指有效载荷实际运行轨道和预定轨道的偏差。

该偏差主要取决于控制系统的精度和采用的控制方法。

运载火箭的可靠性一般采用百分比来衡量。

例如可靠性0.97，是指100次发射有97次成功，可靠性不是试验出来的，而是考虑了各种产品可能出故障的概率计算出来的。

运载火箭的发射成本一般用发射一次的成本来衡量。

该成本包括运载火箭的研制与生产成本、运载火箭的发射成本、运载火箭的测控成本。

衡量卫星发射成本，一般采用单位质量发射价格，例如3万美元/公斤。

二、火箭的分类

民用以运载火箭为主，军用以弹道导弹为主

按照用途分类，火箭可分为卫星运载火箭、军用火箭、探空火箭、防雹火箭等，其中商业航天中的火箭主要是指卫星运载火箭，目前也有民营企业以商业目的在做探空火箭。

大型火箭常用液体动力，小型火箭常用固体动力

按照发动机分类，火箭可分为固体火箭、液体火箭两类，另外还有固液混合火箭，其中固体火箭发动机多用于军用，液体火箭发动机多为民用，但随着中国商业航天的兴起，固体火箭逐渐应用于商业航天发射，成为了军转民的典范。

固体火箭发动机使用固体推进剂，包括聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。

固体火箭发动机由药柱、壳体、喷管组件和点火装置等组成。

药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体，中空部分为燃烧面，形状有圆形、星形等，置于发动机壳体中。

在推进剂燃烧时，壳体须承受2500~3500度的高温和极高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。

点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒组成，通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点燃药柱。

固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。

缺点是“比冲”小（比冲指发动机推力与每秒消耗推进剂重量的比值）。

固体火箭发动机工作时间短，加速度大导致推力不易控制，重复起动困难，从而不利于载人飞行。

固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

液体火箭发动机使用液体推进剂，分为氧化剂和燃烧剂。

常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，常用的燃烧剂有液氢、偏二甲肼、煤油等，其中偏二甲肼有剧毒。

氧化剂和燃烧剂必须储存在不同的储箱中。

液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。

液体火箭发动机的优点是比冲高，推力可调节范围大（单台推力在1克力~700吨力）、能反复起动、能控制推力大小、工作时间较长等。

液体火箭发动机主要用作航天器发射、姿态修正与控制、轨道转移等。

固液混合火箭发动机分为固液混合式和液固混合式两种。

液固混合式发动机是燃烧剂为液体，氧化剂为固体，而固液混合式发动机正好与它相反。

从性能上说，固液混合火箭发动机的比推力高于固体火箭发动机，低于高能液体发动机。

从系统和结构来说，这种火箭发动机的优点是简单紧凑，缺点是燃烧效率低，推进剂混合比不易控制，调节推力时能量损失较大。

固液混合火箭发动机的技术发展远比前两类发动机缓慢。

大、中型运载火箭为主力

按照规模分类，火箭可分为小型运载火箭、中型运载火箭、大型运载火箭、重型运载火箭等，主要区分标准采用了近地轨道（LEO）运载能力。

2~4级运载火箭为主，捆绑的助推器算半级

按照级数分类，火箭可分为一级火箭、二级火箭、三级火箭和四级火箭。

理论上火箭技术可以更多，但由于可靠性会大大降低，所以更多级的火箭并不常用。

仅采用一级火箭很难达到第一宇宙速度，由于受到火箭发动机比冲和火箭结构水平的限制，用单级火箭通常难以达到第一宇宙速度，因此卫星运载火箭一般为2~4级。

多级火箭有三种组合形式：

串联、并联和混合式。

串联式火箭沿轴向连接成一个整体，结构紧凑，气动阻力小，发射设备简单。

并联式火箭又称捆绑式火箭，各级沿横向连接，长度短，发射时所有的发动机可同时点火。

并联式火箭的缺点是箭体横向尺寸大，发射设备复杂，费用高。

在相同起飞重量的前提下，并联式火箭的运载能力稍低于串联式火箭。

串联和并联同时使用的组合方式称混合式，它兼有上述两种方式的优点和缺点。

混合式多级火箭中，一般采用多个助推器与一级发动机并联，助推器因在第一级火箭飞行的半路上关机，所以只能算它是半级火箭，因此混合式多级火箭往往叫一级半火箭、两级半火箭等。

塔架发射为主流，车载发射、空中发射迅速发展

火箭的发射方式有多种，目前最为常见的火箭发射均为塔架发射，车载机动发射、空中发射将成为新的发展方向。

三、火箭的组成

运载火箭的骨骼

运载火箭的箭体结构是运载火箭的基体，它把运载火箭各系统组合在一起形成一个完整的整体，其主要功能如下：

1、使运载火箭具有良好的气动外形，保证运载火箭的飞行性能；

2、在满足运载火箭所需的强度和刚度基础上，质量要尽可能轻，结构要尽可能简单；

3、提供安装运载火箭上所有仪器、设备的空间，并满足它们正常工作所需的环境条件，如压力、温度和振动等要求。

液体运载火箭的箭体主要由推进剂贮箱、仪器舱、推力结构、尾段和尾翼、有效载荷整流罩等组成。

推进剂贮箱占了箭体很大一部分空间，它用来存贮推进剂，一般有两个贮箱，一个装氧化剂，一个装燃烧剂。

目前大多数运载火箭的推进剂贮箱，不但用来存贮推进剂，而且是箭体承力结构的一部分。

推进剂贮箱要求密封，装上推进剂后不允许有泄漏。

目前常用的材料为可焊的铝合金。

贮箱一般为圆筒形，前后有两个箱底，中间为圆柱形的壳段，用焊接方法把两个箱底与壳段焊成一个圆筒形容器。

在两个独立的圆筒形贮箱之间有一个连接段，叫做箱间段。

利用箱间段的空间可安装一些仪器或设备，安全自毁系统的爆炸装置通常放在这里。

仪器舱是集中安装控制系统和其他系统的仪器、设备的舱段。

目前运载火箭的仪器舱常安排在箭体靠前端部位，这里离发动机较远，振动小，对仪器设备有利。

推力结构是用来安装发动机并把推力传给箭体的承力组件，常见的推力结构有构架式结构与半硬壳式结构两种型式。

构架式推力结构又叫发动机架。

尾段在箭体的最后部位，所以称尾段。