物理学史中的三月

正1926年3月16日:戈达德和液体燃料火箭的首次发射(译自APS News,2001年3月)人类使用最先由中国人在13世纪发明的固体火药火箭已有好几百年,但却一直有着瞄不准的缺点,因此在19世纪末,随着大炮的改良而逐渐少见使用。有一个人突破限制,他就是戈达德博士(Dr.R.Goddard),是新英格兰的物理教授,也是美国火箭先驱者,以现代火箭推进之父闻名。他开创性的研究为军事导弹学和太空科学探测中重要性日增的火箭推进奠定了基础。1882年,戈达德出生在美国马萨诸塞州伍斯     

封面说明

激光等离子体推进技术是一种全新的驱动概念 ,也是激光等离子体逐步走向实际应用的重要标志 .封面上显示的是美国宇航局和美国空军联合进行的激光推进火箭的演示实验的照片 .照片反映的是火箭模型连续升空的过程 .图中一连串的亮点表示火箭模型上升时在不同时刻的位置 .右上角的小图是放大了的火箭模型的照片 .封面说明$中国科学院物理研究所@鲁欣     

布劳恩（W）（Braun，Wernher Magnus Maximilian von，1912—1977）德国-美国物理学家（Physicist，Germany-America）

他曾在瑞士的苏黎世和德国的柏林受教育，并于1934年在柏林大学获得哲学博士学位。布劳恩少年时期博览了科幻小说，从而对火箭产生了兴趣。1930年，他参加了德国科学爱好者小组，他们进行了各种火箭的试验。1932年，德国军队接管了火箭试验计划。次年，希特勒上台，并于1936年着手建造火箭研究中心。1940年，布劳恩参加了纳粹党。     

新型的火箭推进方式——激光等离子体推进

传统推进技术是利用化学能将运载器送入预定空间轨道和实现航天器在轨机动的技术,主要是指液体和固体化学推进。从1926年美国人戈达德研制出以液氧,汽油为推进剂的液体火箭发动机至今,化学推进已经有近80年的发展历史,目前其理论体系和应用技术基本成熟,发射基地和地面测控系统等配套设施健全。化学推进最突出的特点是可以提供大推力,一直以来是航天领域使用最多的推进技术,而且在可预见的将来仍是重要的航天推进技术。     

更正

《物理》2002年12期第796页的文章《激光等离子体推进在火箭推进技术领域的应用前景》的引言部分中关于液氢火箭的冲量耦合系数(即能量-动量转换效率)的计算有误,说明如下:火箭喷出的是燃料燃烧后的产物,并非燃料本身.液氢燃料火箭喷出的是水蒸气,而水蒸气中仅含有1/9质量的氢元素.因此,在计算火箭的能量时用氢的燃烧热ε直接乘以喷气质量dm是不对的.正确的算法是给797页的方程两边同时除以εdm/9,由此计算出的液氢火箭的冲量耦合系数应该比原文中的大9倍,即297dyne/W.由于笔者的疏忽导致文章出现无法挽回的错误,笔者在…     

动量守恒问题中运动的瞬时性

运用动量守恒定律列方程式，方程式同侧的速度必须是同一时刻的瞬时速度，很多人忽视这一问题，甚至在有些教科书、参考书中也有处理欠妥之处．文中以火箭推进问题，三只小船鱼贯而行问题，论述动量守恒问题中运动的瞬时性．     

动量守恒问题中运动的瞬时性

运用动量守恒定律列方程式，方程式同侧的速度必须要同一时刻的瞬时速度，很多人忽视这一问题，甚至在有些教科书、参考书中也有处理欠妥之处，文中以火箭推进问题，三只小船鱼贯而行问题，论述动量守问题中运动的瞬时性。     

齐奥尔科夫斯基（Tsiolkovsky，Konstantin Eduardovich,1857-1935）俄国科学家（Scientist，Russia）

齐奥尔科夫斯基是一个林业官员的儿子，善于独立思考。16岁去莫斯科学习，后来任中学教员。由于他的天才和研究能力引人注目，俄国物理化学学会吸收他为会员。他研究建造了一艘外壳可调节的全金属飞艇，为此他还建造了俄国第一个风洞，研究空气摩擦和表面积对流过流线体的气流的影响。1895年出版《关于地球与天空的梦想》。1896年开始写他最重要的论文《用喷气装置探索宇宙空间》，论述航天飞行中使用火箭发动机的理论问题。     

利用火箭和人造地球卫星研究高层大气

1957年9月是卓越的俄罗斯学者康斯坦金·爱杜阿尔特维奇·齐奥尔柯夫斯基庭生一百周年纪念。К.З.齐奥尔柯夫斯基是很多科学技术思想的创始人。其中最著名的就是星际旅行的理论和技术。К.З.齐奥尔柯夫斯基的思想远远超过了当时的时代。只有现在,人类才能把它付诸实现。全体苏联人民和整个进步人类怀着尊敬的心情来纪念这个伟大的学者。他的著作是制造近代火箭的基础,而且现在成功地利用来研究高层大气。像在国际地球物理年间这样庞大的科学研究工作,不仅要利用火箭,而且还要利用人造地球卫星——实质上是一个更加复杂的火箭。本文内科学院通讯院士Е.К.弗特洛夫叙述了如何把КЗ齐奥尔柯夫斯基的思想运用到实践中去,他首先证明了利用火箭进行科学研究的可能性。     

火箭发展简史及火箭技术的物理基础

 依靠发动机向后喷射工作物质产生的反作用力而推进的飞行器,称为火箭。它的特点是自身携带燃料和氧化剂,既可在大气中飞行,又可在没有大气的外层空间飞行。现代火箭是远距离快速投送工具,可用于发射人造卫星、载人飞船、航天站以及助推其他飞行器。火箭用于投掷弹头,便称为火箭武器,其中可制导的又称为导弹。     

中国航天领域中的低温技术

本文简要地综述了我国航天领域中得到成功应用的一些低温技术：液氢液氧火箭高能推进系统中的低温技术，特别是液氢液氧火箭发动机中几项关键技术．简述了人造卫星的空间模拟试验设备中的一些低温技术和一些微型制冷机．     

奥伯特（Oberth，Hermann Julius 1894-？）奥地利-德国物理学家（Physicist，Austria—Germany）

奥伯特的父亲是内科医生，他本人也曾攻读医学。第一次世界大战中断了他的学业，将他送进了奥匈帝国的军队。负伤使他被迫赋闲，从而对宇宙航行萌生了兴趣，使他成为同齐奥尔科夫斯基和戈达德并驾齐驱的宇航学先师。他所进行的实验被奥匈帝国的国防部视为无稽的儿戏而遭冷遇。战后，他在1922年提交给海德堡大学的有关火箭设计的博士论文也未能通过。     

复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响

为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先,使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场,其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算;然后,使用基于HITEMP数据库的窄带模型计算尾焰内气体的辐射参量;最后,使用有限体积法求解尾焰中的辐射传输方程.通过比较该模型计算的Titan ⅢB尾焰光谱辐射强度与(美国)国家航空航天局公布结果的一致性,证明了该模型的正确性.最后,利用该模型计算了复燃对某液体火箭尾焰光谱和波段红外辐射强度的影响,结果表明,复燃反应可以显著增加尾焰红外光谱辐射强度,在2.5～3.0 μm和4.2～4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了30.8％和28.3％,所以,在计算液体火箭尾焰准确的红外辐射特性时,需要考虑复燃的影响.     

复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响

为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先,使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场,其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算;然后,使用基于HITEMP数据库的窄带模型计算尾焰内气体的辐射参量;最后,使用有限体积法求解尾焰中的辐射传输方程.通过比较该模型计算的Titan IIIB尾焰光谱辐射强度与(美国)国家航空航天局公布结果的一致性,证明了该模型的正确性.最后,利用该模型计算了复燃对某液体火箭尾焰光谱和波段红外辐射强度的影响,结果表明,复燃反应可以显著增加尾焰红外光谱辐射强度,在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了30.8%和28.3%,所以,在计算液体火箭尾焰准确的红外辐射特性时,需要考虑复燃的影响.     

激光等离子体推进在火箭推进技术领域的应用前景

激光等离子体推进给火箭推进技术带来革命性的发展，高强度短脉冲激光和物质相互作用可产生速度为每秒数百公里的等离子体喷射，可以几十倍地提高推动的比冲，文章主要介绍了激光等离子的体推进的原理，研究现状，并对其应用前景进行了分析。     

大型宇宙飞船的火箭噪声

大型多级火箭推进的宇宙飞船是进行载人空间探索的有力工具。这种大型火箭具有几百万磅的推力,火箭喷气可产生几千万瓦的声功率。火箭发射后,穿过大气层不断上升,这时宇宙飞行员和座舱中的仪器将处于火箭发动机的强声场和强振动中。飞船速度加大时,火箭的噪声级是从尾部到头部逐渐减少的。飞行速度超过声速后,座舱中的噪声甚至会完全消失,仅剩下了沿金属结构传输过来的火箭振动。但是,按照     

煤油氧气脉冲爆震火箭发动机爆震特性

脉冲爆震火箭发动机(PDRE)是一种利用脉冲式爆震波产生高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的推进系统.与常规液体火箭发动机相比,脉冲爆震火箭发动机具有更高的性能,并且结构更简单.本文以航空煤油为燃料、氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,并利用电磁阀控制燃料、氧化剂和隔离气体的间歇式供给.利用低的点火能量(50mJ),在内径50mm,长度1.1m的爆震管内进行了大量的多循环爆震试验,研究煤油氧气电磁阀脉冲爆震火箭发动机的爆震波特性.研究结果为进一步研究气液两相多次爆震燃烧机理提供了依据,为研制工程应用的PDRE提供理论和实践基础.     

格罗斯科夫斯基（Groszkowski Janusz，1898-1984）波兰物理学家（Physicist，Poland）

格罗斯科夫斯基是波兰无线电电子学界的元老，培养了波兰几代电子学专家。他提出了一种分析非线性电振荡的方法，也是研究分米波的专家，并制成世界上第一台磁控管微波发生器，工作在600MHz。德国占领波兰时期，他破解了V2火箭的无线电制导机制，经由地下工作者把这一情报送到英国，为反法西斯战争做出了贡献。     

原子发射光谱双谱线法测量固体火箭发动机内燃气温度

发展了一种利用原子发射双谱线法，测试固体火箭发动机燃烧室内燃气温度的方法，设计了相应的测试系统。该方法利用石英光学纤维，将固体火箭发动机内高温高压燃气的光谱辐射信号传入测量系统；选用了两条波长间隔小的谱线，大大减少了光谱辐射率，光谱透射率等对光谱测量的影响，设计使用了耐压测量探头，保证在高压，强腐蚀条件下，系统的密封性和光的透过率，对装填有SQ－2推进剂的固体火箭发动机燃烧室内的气流温度进行了在线检测，测量时间分辨率可高达0．5μs。     

中美教材“火箭升空原理”的比较研究

我国教材要求学生用动量守恒定律理解火箭升空原理,然而又没有考虑火箭重力与空气的阻力.在对火箭获得速度的求解公式说明时,又把火箭在极短时间内喷出的微量燃气,当作火箭发射整个过程中喷出燃气的总量,以致出现用教材中的数据套用教材的公式计算火箭获得的速度与实际情况大相径庭.美国教材要求学生从力的有关知识理解火箭升空原理,配有原理图,显得生动活泼,浅显易懂.