航天运载火箭扮演太空奇侠的角色,在征服宇宙的舞台上演出了一幕幕令人瞠目结舌的活剧．它集当今多种高新科学技术于一身,综合了众多学科的成果,是一个庞大复杂的系统工程．火箭这位太空奇侠大闹天宫,全靠它本身各个部分拥有的一套神奇本领．这位太空奇侠一般由箭体结构、动力装置和控制系统三大部分组成。

箭体结构即火箭的壳体,它犹如奇侠的骨架,系火箭各个受力和支承构件的总成,通常包括头部的有效载荷整流罩、仪器舱、推进剂贮箱、发动机舱和尾段,有的大型运载火箭还有尾翼．火箭壳体内可以安装连接有效载荷、仪器设备和动力装置,贮存推进剂,承受地面操作和飞行中的载荷,可以使火箭有良好的空气动力外形,把火箭的各个部件牢固地组成一个整体．火箭头部的整流罩,用以保护所载物体和减小空气阻力．火箭头部飞出大气层时,整流罩即被抛掉,以减轻火箭质量,把有效载荷送入预定轨道; 仪器舱集中安装控制设备; 推进剂贮箱用于装载推进剂,要占火箭质量的80％～90％,体积也要占绝大部分,因此为了加大运载能力,要千方百计减轻推进剂贮箱的质量; 发动机舱除装火箭发动机外,还用来在发射架上支撑整个火箭保持飞行时的外形。

火箭结构所用的材料,对火箭至关重要．铝合金是火箭必不可少的常用材料,它很轻,结实、耐用、防腐蚀,加工容易,广泛用于火箭壳体的蒙皮和骨架零件,但它抗变形的刚度还不很理想．钛合金,强度高,具有优良的抗腐蚀和耐温性能．它在500℃高温下不变形,在—100℃时不变脆,在海水里泡几天也不生锈,因此它是制作火箭发动机壳体、高压气瓶、低温贮箱和各种管路的最佳材料．但它的切削加工性较差,需要加热成型．镁合金减震性能好,常用来制造火箭壁板结构的翼面、舱段及其他骨架零件．铍合金刚性最大,用它制成零件尺寸特别稳定．火箭上一些变形限制非常严格的零部件,如陀螺导航系统,常用铍合金。

复合材料是新兴的材料,它用不同的纤维边缠绕边用树酯粘连而成．玻璃纤维、有机纤维的强度特别高; 碳纤维的刚度非常高; 硼纤维则刚、强兼备; 碳化硅、陶瓷纤维能耐高温,它们配以不同的树酯制成不同的复合材料,其性能一般大大超过现有的許多金属材料。

动力装置包括火箭发动机和推进剂输送系统,犹如奇侠的心脏,是使运载火箭产生运动的动力来源．液体火箭有发动机和推进剂输送系统,固体火箭则没有推进剂输送系统．动力装置能产生强大的推力,使运载火箭达到预定的速度．液体火箭发动机由燃烧室、喷管、涡轮泵和活门四部分组成．燃烧室是推进剂混合燃烧的地方,产生高温高压气体,以高速从喷管排出,形成强大的推力; 喷管要经受住高温高压,必须选用高强度耐热合金材料,而且还要有冷却措施; 涡轮泵是利用燃气发生器产生的气体吹动涡轮,带动离心泵,使燃料和氧化剂注入燃烧室; 活门则控制发动机的启开和关闭,调节进入管路中推进剂的流量．整个输送系统保证推进剂具有必要的泵入口压力,使离心泵正常工作。

火箭发动机使用的燃料由氧化剂和燃料两部分组成,它们很大程度地影响着发动机性能,在一枚火箭的总质量中,燃料占了90％以上．目前液体运载火箭大多使用中能(常规)可贮存推进剂,包括氧化剂中的硝酸、四氧化二氮,燃料中的混肼50、偏二甲肼．作为高能推进剂的液氢、液氧,最近十多年来发展迅速,一般用作顶级火箭的推进剂．当前,液体推进剂正向两个方向发展,一是对现有推进剂进行改性,如美国在＂阿金纳＂火箭上采用高密度的改性酸,四氧化二氮含量由原来的13％～15％提高为44％～46％,密度增大0.1～15,使发动机比冲提高了6 秒,可以提高火箭的有效载荷．另一个发展方向是研究新型推进剂,比如用液氟与肼组合,比冲可达376 秒。

固体火箭的推进剂一般分为双基推进剂、改性双基推进剂和复合固体推进剂．目前各国固体火箭大都用的是复合固体推进剂,比冲在230～260 秒左右．这种推进剂由粘合剂系统、氧化剂、填料和各种助燃剂组成．固体推进剂要根据不同的需要浇铸成不同形状的药柱,供发动机使用．比如端面燃料药柱适用于低推力、长时间工作的发动机; 星孔形侧面燃烧剂多在主发动机上使用。

控制系统犹如奇侠的神经中枢,能实时测量和控制火箭的飞行姿态、位置和速度,保证火箭姿态稳定,使其按预定弹道飞行,并控制火箭发动机关机,使有效载荷精确入轨运行。

火箭的稳定飞行,要靠控制系统．这个系统包括制导、姿态控制等．运载火箭的制导,通常有惯性制导和无线电制导两种．惯性制导是依靠运载火箭内的仪器测量火箭的加速度而进行工作,主要部件有陀螺仪、加速度表、计算机等; 无线电制导由地面用雷达或无线电将测出的运载火箭的方位及速度,经过计算比较,把修正飞行误差的指令送到运载火箭上,通过运载火箭上的控制系统来修正飞行航线,以及接收地面发出的发动机熄火信号来关闭发动机。

这种控制系统有两大作用: 一是控制火箭向前飞行,即控制火箭的质心沿预定的弹道运动; 二是控制火箭的姿态,也就是控制火箭质心的运动．火箭一般装上尾翼,就可在大气中稳定飞行．但现代大型运载火箭往往在几十公里到几百公里的高空飞行,那里空气非常稀薄,尾翼就显得无所作为．所以,现代火箭的稳定飞行不能单靠尾翼的作用,必须在火箭上安装专门的自动控制设备．当火箭偏离航向时,自动控制设备就能发出信号,调整火箭的推力方向,使火箭回到预定的航线上稳定飞行。

火箭上的自动控制设备,由敏感元件、中间装置和执行机构三大部分组成．敏感元件就像人的眼睛和神经,观测和感知火箭的飞行状态是否正常,发现火箭是否偏离航线．在早期的火箭上,敏感元件一般用陀螺仪．陀螺高速旋转时,它的旋转轴方向保持不变,因此,当火箭改变飞行方向时,火箭轴与陀螺旋转轴之间的夹角就发生变化．然后通过电位器,把这个角度改变量转换成电信号,并传給中间装置,经过比较和放大以后,经中间线路驱动执行机构发出指令,把火箭修正到预定的航线上来．火箭的执行机构通常有空气舵、燃气舵、摇摆发动机,游动发动机等几种．大型运载火箭大部分时间在大气层外飞行,用尾翼作空气舵,效率很低,控制常用可动喷管和二次喷射的方式来实现．所以,现代大型运载火箭都没有尾翼,或者尾翼很小。

在现代运载火箭上,敏感元件多改用惯性平台．由惯性平台测出火箭飞行中的姿态,传送到箭上计算机,经计算机运算后又传送給自动驾驶仪．自动驾驶仪根据计算机提供的火箭飞行姿态角、速率,去控制各级发动机,摆动燃烧室和喷管,从而改变推力方向,修正火箭的航行。

此外,从广义上讲,运载火箭还包括安全、遥测和发射系统．安全系统用于火箭在飞行中出现故障、落点超出允許范围而危及地面安全时,对火箭实施控制,终止火箭飞行并令其自毁．遥测系统是把火箭飞行过程中各系统的工作性能参数、环境条件以及飞行故障参数,通过无线电多路通信方式传到地面,然后分析故障,鉴定和改进火箭性能．发射系统包括火箭实施发射的运输、起竖、控制、加注、供电、通信、消防、瞄准、跟踪等装置,保证火箭按预定程序成功飞行。