第一节火箭历史概述
1.火箭来源
早在公元3世纪（大约三国时代）“火箭”一词就已经在中国出现了，距今已有1700多年的历史了。当时在两军的残酷战争中，一方把一种头部带有易燃物的箭点燃后射向另一方，以达到助攻的目的。
之后，人们就把这种发射时带火的箭叫做火箭。这是一种用来火攻的武器，实质上，仅仅是一种带“火”的箭，在含义上与我们现在所谓的火箭相差甚远。人类自火药发明以来，人们把装有火药的筒绑在箭杆上，或在箭杆内装上火药，点燃引火线后射出去，箭在飞行中借助火药燃烧向后喷火所产生的反作用力飞得更远，人们又把这种向后喷火利用反作用力助推的箭叫做火箭。这种火箭已具有现代火箭的雏形，称之为原始的固体火箭。
那么，现代火箭究竟是什么样子呢？我们现在所说的“火箭”，是指一种自身既带有燃料、带有助燃用的氧化剂、用火箭发动机作为动力装置，不仅可在大气层内飞行，而且也可以在大气层外的太空中飞行的各类航天飞行器。
说起现代火箭的发展，还要归功于火箭发动机的发展和液体火箭的诞生呢！
早在19世纪80年代中期，瑞典工程师拉瓦尔就发明了拉瓦尔喷管，使火箭发动机的设计日臻完善。
1925年11月，美国科学家罗伯特·戈达德研制的液体火箭发动机试验成功。不久，他又于1926年3月16日进行了世界上第一枚液体火箭的发射试验，火箭成功地飞行了50多米。多次实验表明，液体火箭发动机比固体火箭的发动机的性能更优越，而且可以多次启动。因而，液体火箭发动机的成功试验和液体火箭的诞生，标志着现代火箭的发展进入了一个全新的阶段。
无论是原始火箭，还是现代火箭，都是最先应用于军事领域，作为一种武器来使用的。在我国，早在10～11世纪的宋代，就在敌我双方交战中频繁把原始火箭当作武器使用；到了明代，火箭武器得到了更广泛的运用。从14世纪开始，中国的火箭技术经印度、阿拉伯等地逐渐传入欧洲。于是，火箭技术在欧洲一些国家得到了一定的应用和发展。
1931年5月，德国科学家赫尔曼·奥伯特领导的宇宙航行协会通过试验成功发射了欧洲第一枚液体火箭。1932年，德国军方在参观了该协会研制的液体火箭发射试验之后，意识到火箭武器在未来战争中具有巨大的潜力，于是便开始组织一批科学家和工程技术人员，集中力量秘密研制火箭武器。40年代初，德国在第二次世界大战中期，先后成功研制出能用于实战的V-1、V-2两种导弹。其中V-1是一种飞航式有翼导弹，采用了空气喷气发动机作动力装置；V-2是一种弹道式导弹，采用了火箭发动机作为动力装置。自此，世界各国都在火箭的研制上拉开了序幕。
2.火箭的发源地——中国
自古以来中国就是世界上最早使用火箭和火箭技术最高的国家。
大约在南宋时期，人们用球状火药包装在箭头杆附近，点着引线之后，用弓箭射出去杀伤敌人；后来人们将火药装填在竹筒里，火药背后装着细小的“定向棒”，用来点燃引火管上的火硝，使筒里的火药迅速燃烧起来，从而产生向前的推力，使之飞向敌阵，然后爆炸，杀伤力很大。这就是世界上最早的火药火箭，它与现代火箭发射原理基本是相同的。说到火箭的发展，不得不从火药说起！
我国是最早发明火药的国家，关于火药的起源，大约可以追溯到晋代。晋代有位着名的道士，叫葛洪。在他撰写的《抱朴子·仙药篇》里记载有用雄黄、硝石、猪大肠油和松脂共炼丹药的记载。雄黄含有大量的硫，硝石是强化剂，猪大肠油和松脂含有炭。硫、硝、炭是火药的基本成分，这实际上已经是一种火药了。迄今为止，最早的火药配方，保存在唐元和三年（公元808年）清虚子撰写的《铅汞甲庚至宝集成》卷二之中，称“伏火矾法”。其内容为：“硫二两，硝二两，马兜铃（草药，烧燋即炭）三钱半。入药于罐内与地平。将熟火一块、弹子大，下放里面，烟渐起。”中唐时期的《真元妙道要略》一书里记载，“以硫黄、雄黄合硝石并密烧之，焰火烧手面及烬屋舍者”；“硝石……生者不可合三黄（即硫黄、雄黄和雌黄）等烧，立见祸事”。由此可见，当时人们已经掌握了火药燃烧和爆炸的性能。
自火药发明以来，很快就应用于军事方面，相继出现了一系列火药武器，其中之一就是火箭。公元969年，北宋军事机关曾经试验过火箭；公元975年，宋太祖灭南唐，作战时就用到了火箭；公元1000年，北宋神卫水军队长唐福曾因制造火箭等武器受到朝廷嘉奖。
火药武器的出现，受到军事家们的高度重视。宋朝的火箭全是单发的，点燃一根火绳发射一支火箭，叫单发箭。明代出现了多发火箭，点燃一根火绳，可以发射出几支、几十支，甚至上百支火箭。
多发火箭种类很多，例如，虎出穴箭（5支）、火弩流星箭（10支）、火龙箭（20支）、长蛇破敌箭（30支）、一窝蜂（32支）、群豹横奔箭（40支）、百虎齐奔箭（100支）、神火箭牌（100余支）等等。
16世纪中期，人们又发明了一种新式火箭，名叫“火龙出水”。
关于“火龙出水”，在明代后期出版的《武备志》、《火龙经》等兵书中都有记载。这种新式火箭采取传说中龙的形象，目的在于壮大声势，以达到惊吓敌人的目的。据《武备志》介绍，其制造方法如下：先截取一根五尺长的毛竹，然后去节，刮薄，作为龙身；再用木头雕成龙头、龙尾，分别安装在龙身前后，这样就成为一条龙。
龙腹内装有几支单发式火箭，把它们的引火绳连在一起，从龙头下面的孔洞中引出来。接着在龙身的前、后两部，分别斜安上两支大火药箭，引火绳仍连在一起。最后，把龙腹内引出的总引火绳连在前部两个火药筒的底部。这样，就制造出了一个火龙出水的新式武器。
1981年，加拿大渥太华市举办的中国古代传统工艺展览会展出了“火龙出水”模型。许多外国学者观看之后，都对中国古代军事家的聪明才智赞叹不止，认为这种以火箭为动力、飞翔于水面上的海战武器，是现代鱼雷的雏形。而且，火龙出水的发射原理跟现代多级火箭发射的原理很相似，所以认为它是现代多级火箭的鼻祖。
第二节火箭的分类
火箭的分类方法多种多样。按能源的不同，火箭可以分为化学火箭、核火箭、电火箭以及光子火箭等。而化学火箭又可以分为液体推进剂火箭、固体推进剂火箭和固液混合推进剂火箭。按其用途来划分，可以分为卫星运载火箭、布雷火箭、气象火箭、防雹火箭以及各类军用火箭等。按有无控制来划分，可以分为有控火箭和无控火箭。按级数分为单级火箭和多级火箭。按射程来划分，可以分为近程火箭、中程火箭和远程火箭等。
我们就以常用的运载火箭作为例子来说，目前按其所用的推进剂来分，常用的运载火箭可分为固体火箭、液体火箭和固液混合型火箭三种类型。如我国的长征三号运载火箭是一种三级液体火箭；长征一号运载火箭则是一种固液混合型的三级火箭，其第一级、第二级是液体火箭，第三级是固体火箭；美国的“飞马座”运载火箭则是一种三级固体火箭。
如果按级数来划分的话，运载火箭又可分为单级火箭、多级火箭。其中多级火箭按级与级之间的连接形式来分，又可分为串联型、并联型（俗称捆绑式）、串并联混合型三种类型。串联型多级火箭级与级之间的连接分离机构简单，但串联后火箭总长比较长、火箭的长细比（长度与直径之比）大，给设计者带来了一定的困难；发射时，这种火箭竖起来太高，不利于发射操作；与此同时，其上面级的火箭发动机要在高空点火，点火的可靠性级较差。并联型多级火箭采用横向捆绑连接，连接分离机构比较复杂，但其中间芯级第一级火箭采用横向捆绑的火箭，可在地面同时点火，这样一来能够避免高空点火，同时增强点火的可靠性。苏联发射世界上第一颗人造地球卫星的卫星号运载火箭，就是在中间芯级火箭周围又捆绑了4枚火箭。习惯上，这4枚捆上去的火箭称为助推器。
助推器与芯级火箭在地面一起点火，但工作一定时间后先关机，关机后与芯级火箭分离并被抛掉。对于助推器而言，在第一级火箭飞行的半路上关机，所以只能算得上是一个半级火箭。发射世界第一颗人造地球卫星的卫星号运载火箭，不可称为两级火箭，而是一级半火箭。
串并联混合型的两级半火箭-中国长征二号运载火箭，其第一级火箭周围捆绑了4枚助推器，而且还在第一级火箭上面串联了1枚第二级火箭。
第三节固态火箭和液态火箭的比较
固体火箭和液态火箭比较而言，在制造和使用方面各有优缺点。
固体火箭里面装着火药，一般可以长时间贮藏和保存，并且可在任何时候点火发射；液态火箭有很多不利于贮藏和保存的地方，例如使用比较多的液态氧是在-183℃、液态氢是在-250℃的超低温下装入槽里的。一旦装入很容易蒸发成为气体，从槽里的压力调整阀中跑出来。“阿波罗”宇宙飞船在发射时，我们可以从电视上看到发射该飞船的“土星5号”火箭从侧面发出大量的白色气体，这就是液态氧和液态氢气化从调整阀中跑出来的现象。
换句话说，液体火箭长时间放在常温的地方，槽里的液体就会变成气体跑掉。
如果从保存、贮藏燃料方面来说，固体火箭占有一定的优势，而在控制飞行方向、调整速度方面，固体火箭就不及液体火箭了。
在上面我们已经说过，固体火箭的火药一旦点燃，在燃料用完之前，燃烧是无法停止的，燃烧的激烈程度也就不能得到控制，也正由于此，速度的调节也几乎变为不可能。而对于液态火箭而言，通过调整阀门可以改变推进剂的流量，让它熄灭、再点火，所以液体火箭较之固体火箭能自由地控制速度。
在控制飞行方向上，液体火箭也独具优势。另外，固体火箭发射时比液体火箭震动大。
通过以上对比，我们不难看出固体火箭和液体火箭各具优势。
第四节火箭的结构组成
除运载火箭运送的有效载荷系统以外，无论是固体运载火箭还是液态运载火箭、单级运载火箭还是多级运载火箭，都是由结构系统（箭体结构）、动力系统（推进系统）和控制系统组成的。这三大系统是火箭的主要系统，其工作的可靠性对火箭发射的成败起着决定性作用。此外，火箭上还装有遥控系统、外弹道测量系统、安全系统和初始定向系统等。下面，我们将详细地介绍一下火箭的基本结构和组成。
1.火箭的基体-箭体结构
箭体结构是运载火箭的基体，用来维持火箭的外形，承受火箭的地面运输、发射操作和在飞行中作用于火箭上的各种载荷（力、力矩等），安装连接火箭各系统的仪器、设备，组合成一个能在大气层中高速飞行的飞行器整体。总之，箭体的主要功能就是受力（承受作用于火箭上的各种力，包括推力、气功力等）、整流（使火箭成为一个便于穿越大气层的流线体）、容纳与安装（安装各控制系统仪器设备）以及推进剂的贮存与供应(液体火箭)。
箭体包括有效载荷舱和整流罩、仪器舱、发动机舱、级间舱、连接与分离系统等。
2.有效载荷舱和整流罩
有效载荷舱，就是容纳和安装有效载荷的地方，所谓有效载荷就是运载火箭运送的载体，比如卫星、载人飞船、其他航天器等。
有效载荷通过有效载荷支架和火箭的最上面一级（或称末级）相连接，所以有效载荷舱往往位于运载火箭的前端。有效载荷与火箭的连接和一般的连接形式不同，它是用一种叫做连接分离机构的装置来连接的。就是说，当运载火箭垂直运输以及在主动段飞行时，要求此装置能把有效载荷和末级火箭牢牢地连接在一起；而当运载火箭飞行段结束，有效载荷入轨时，又要求它迅速而又可靠地将有效载荷与末级火箭分离。
通过观察我们可以发现，大部分航天器的外形都是不规则的，非常不适合在大气层中高速飞行。为此，研究人员在有效载荷舱外面加上一个整流罩，不仅能减少噪音的影响，同时还可保护有效载荷在发射前操作时不被碰撞。尖锥形的整流罩和箭体构成一个锥柱体外形，可减少火箭在大气层内飞行的空气阻力。
运载火箭飞出大气层后，整流罩的任务已经完成，为了减轻火箭的负担，一般当火箭飞行到离地面100千米左右的高空时，整流罩就会自行抛掉，所以整流罩多数情况下呈“瓜瓣”状，各瓣之间以及整流罩与火箭之间也都由分离连接机构连接。在火箭通过大气层进入真空时，分离连接机构工作，整流罩与火箭之间、整流罩各瓣之间就会分开，脱离火箭散落到地面。
3.仪器舱
所谓仪器舱是安装火箭上仪器设备的地方，运载火箭大部分的仪器设备，诸如控制系统、遥测系统、外测安全系统等仪器设备都安装在这里。仪器舱外壳很薄，周围开有小窗，便于在发射前进行仪器设备检查和测试。
4.级间段
级间段是指串联型多级火箭各级之间的过渡连接结构，因为每一级后部都有发动机系统（固体火箭为发动机喷管），所以两级之间必须有一段过渡结构才能把两级箭体连接起来。
