1903年俄國科學家齊奧科夫斯基在他的論文「用火箭推進器探索宇宙」一文中提出了著名的火箭理想速度公式：v=ωln(mO/mK)，其中v為速度增量，ω為噴流相對火箭的速度，mO和mK分別為發動機工作開始和結束時的火箭質量。這也意味着火箭要想順利上天，需要巧妙地設計結構來控制飛行過程中的質量。今天我們就來「拆解」火箭，看看這個龐然大物如何飛上太空。

火箭的構成通常為單級或多級，多級又分串聯、並聯和混合型，是為了提高效率和適應不同的任務而設計的。

串聯型多級火箭是級與級之間的連接分離結構簡單，但串聯後火箭總長較長，火箭的長度與直徑比又較大，給設計和發射帶來一定的困難。同時，其上面級的火箭發動機要在高空點火，降低了系統整體可靠性。

並聯型多級火箭採用橫向捆綁連接，連接分離機構較複雜，但其中間芯級第一級火箭與旁邊捆綁的火箭可在地面同時點火，避免了高空點火，系統整體可靠性高，我國的長征-5B火箭就屬於典型的並聯型多級火箭，採用一級半構型，即在中間芯級火箭的周圍，又捆綁了4枚助推器，這4枚捆上去的助推器與芯級火箭在地面一起點火，但工作一定時間後先關機並被拋掉，助推器因在第一級火箭飛行的半路上關機，所以只能算它是半級火箭。

想想火箭飛行一段時間之後，推進劑被消耗，貯箱愈來愈空，空貯箱成為一種負擔，因為推進劑釋放出來的能量還要用來加速這部分空貯箱，如果能拋掉這部分空貯箱，就可以使火箭輕裝前進，增加速度。

理論上，級數愈高，意味着拋掉的多餘質量愈多，火箭的質量比就愈大，能達到的飛行速度就愈高，但是級數太多，每級之間的連接和分離機構部分也要相應增多，這也會影響火箭的整體重量和強度，並帶來複雜的技術問題，可靠性也會降低，所以多級火箭一般不超過四級，我國現役火箭級數最多的是長征十一號固體運載火箭，有四級。

火箭呈圓柱形 減少空氣阻力

圓柱形結構在穿越大氣層時的空氣動力學效率較高，能夠減少空氣阻力，同時具有較好的穩定性，此外圓柱形結構便於內部空間的最大化利用，所以設計一款火箭的時候，需要考慮任務需求、技術能力、成本和可靠性等眾多因素，對火箭的運載能力、結構強度、材料選擇，速度控制等都需要極為精確的計算和試驗。

長征五號作為我國全新研製的大推力、高可靠、無毒無污染新一代運載火箭，為中國新一代火箭系列化、型譜化發展奠定了堅實的技術基礎。

長征五號運載火箭也被人們稱為「胖五」，是個名副其實的大個子，火箭總長57米，有20層樓高，箭體直徑達到5米，打破了中國40餘年來3.35米箭體直徑結構的限制。

火箭直徑標準竟與馬車有關？

大家知道為什麼此前的火箭直徑都在3.35米之內嗎？其實限制火箭直徑的，並非是設計或者製造原因，難點在運輸上，火箭運輸一般都要靠專列，而火車運輸難免會遇到大橋、隧道，這些地方都是根據鐵路的寬度設計的，想要順利通過火箭的寬度就不能超過火車的寬度，而火車的軌道寬度標準是從哪來的呢？在火車之前是馬車，這個寬度是羅馬戰車的寬度，正好是兩匹馬並行的寬度，千年前，兩匹馬的屁股寬度決定了戰車寬度，竟決定了今天火箭的直徑。

長征五號B火箭是我國目前最大的火箭。從運載能力上看，長征五號火箭地球同步轉移軌道運載能力約為14噸，長征五號B火箭近地軌道運載能力約為22噸，從用途上看，長征五號運載火箭一般用於發射高軌道的大型衛星以及各類深空探測器，例如嫦娥五號月球探測器、火星探測器等，長征五號B運載火箭主要用於發射近地軌道的大型衛星及飛船，載人空間站核心艙及兩個實驗艙的發射任務亦是由長征五號完成的。

●梁偉傑 （愛國教育支援中心專業發展總監，兩次行政長官卓越教學獎得主）

愛國教育支援中心由香港教聯會主辦，旨在加強支援教育界推動國家安全及國民教育。中心今年特別成立航天科普教育基地，設有多個不同學習區，全面展示國家航天科技所取得的突破和成就，增強香港青少年對國家航天科技的認識。