火箭

探空火箭是用於將科學儀器以拋物線軌跡送入地球大氣層上，使其進入近地空間的一種火箭。

探空基本結構火箭包括箭體結構、動力裝置、穩定尾翼等。大多數探空火箭為單級或兩級火箭，也有為3級、4級的。動力裝置通常用固體火箭發動機，可以簡化和縮短髮射操作時間。探空火箭對火箭姿態和飛行彈道的要求不像導彈和運載火箭那樣嚴格，一般不設控制系統，僅靠穩定尾翼或火箭繞縱軸旋轉來保證飛行穩定。需要精確定位和定向時才能設置控制系統。除探測火箭基本結構外，探空火箭系統還包括有效載荷、發射裝置和地面台站等。

1) 有效載荷大多裝在箭頭的儀器艙內。儀器艙的直徑有時可大於箭體直徑。有效載荷採集到的信息通過遙測裝置發送到地面台站接收處理，或者在火箭下降過程中將有效載荷從火箭內彈射出來，利用降落傘等氣動減速裝置安全降落到地面回收。有效載荷的重量和尺寸取決於探測要求，一般為幾公斤到幾百公斤，最大可達幾噸。

2) 發射裝置通常用導軌和塔式發射架，使火箭獲得足夠大的出架速度。無控制火箭的飛行彈道受風的影響較大，為了保證達到預定的高度和減小彈道散布，探空火箭發射時尚需根據發射場的高空風資料採用風補償技術來調整和確定發射角度。大多數探空火箭從地面以接近垂直狀態發射，也有從移動式發射車發射的，根據需要還可從艦船或升在空中的氣球上發射。

3) 地面台站主要包括接收測量信息的地面接收設備、跟蹤火箭的定位測速設備(如雷達)和電子計算機等。雷達跟蹤方式有反射式和應答式兩種，應答式比反射式的跟蹤距離更大。地面接收設備接收的遙測數據直接輸入電子計算機處理，實時給出探測結果。

無論固體運載火箭還是液體運載火箭，無論單級運載火箭還是多級運載火箭，其主要的組成部分均包括結構系統（又稱箭體結構）、動力裝置系統（又稱推進系統）和控制系統。這三大系統稱為運載火箭的主系統，主系統的可靠與否，將直接影響運載火箭飛行的成敗。此外，運載火箭上還有一些不直接影響飛行成敗並由箭上設備與地面設備共同組成的系統，例如遙測系統、外彈道測量系統、安全系統和瞄準系統等。其中：

1）箭體結構是運載火箭的基體，它用來維持火箭的外形，承受火箭在地面運輸、發射操作和在飛行中作用載火箭上的各種載荷，安裝連接火箭各系統的所有儀器、設備，把箭上所有系統、組件連接組合成一個整體。

2）動力裝置系統是推動運載火箭飛行並獲得一定速度的裝置。對液體火箭來說，動力裝置系統由推進劑輸送、增壓系統和液體火箭發動機兩大部分組成。固體火箭的動力裝置系統較為簡單，它的主要部分就是固體火箭發動機，推進劑直接裝在發動機的燃燒室殼體內。

3）控制系統是用來控制運載火箭沿預定軌道正常、可靠飛行的部分。控制系統由制導和導航系統、姿態控制系統、電源供配電和時序控制系統三大部分組成。制導和導航系統的功用是控制運載火箭按預定的軌道運動，把有效載荷送到預定的空間位置並使之準確進入軌道。姿態控制系統（又稱姿態穩定系統）的功用是糾正運載火箭飛行中的俯仰、偏航、滾動誤差，使之保持正確的飛行姿態。電源供配電和時序控制系統則按預定飛行時序實施供配電控制。

4）遙測系統的功用是把運載火箭飛行中各系統的工作參數及環境參數測量下來，通過運載火箭上的無線電發射機將這些參數送回地面，由地面接收機接收；亦可將測量所得的參數記錄在運載火箭上的磁記錄器上，在地面回收磁記錄器。這些測量參數既可用來預報航天器入軌時的軌道參數，又可用來鑒定和改進運載火箭的性能。一旦運載火箭在飛行中出現故障，這些參數就是故障分析的依據。

5）外彈道測量系統的功用是利用地面的光學和無線電設備與裝在運載火箭上的對應裝置一起對飛行中的運載火箭進行跟蹤，並測量其飛行參數，用來預報航天器入軌時的軌道參數，也可用來作為鑒定制導系統的精度和故障分析的依據。

6）安全系統的功用是當運載火箭在飛行中一旦出現故障不能繼續飛行時，將其在空中炸毀，避免運載火箭墜落時給地面造成災難性的危害。安全系統包括運載火箭上的自毀系統和地面的無線電安全系統兩部分。箭上的自毀系統由測量裝置、計算機和爆炸裝置（炸藥筒）組成。當運載火箭的飛行姿態、飛行速度超出允許的範圍時，計算機發出引爆爆炸裝置的指令，使運載火箭在空中自毀。無線電安全系統則是由地面雷達測量運載火箭的飛行軌道，當運載火箭的飛行超出預先規定的安全範圍時，從地面發出引爆箭上爆炸裝置的指令，由箭上的接收機接收后將火箭在空中炸毀。

7）瞄準系統的功用是給運載火箭在發射前進行初始方位定向。瞄準系統由地面瞄準設備和運載火箭上的瞄準設備共同組成。

火箭是中國古代的重大發明之一。公元969年，中國已經發明了火藥（火藥是在唐朝發明的）。北宋軍官岳義方、馮繼升製造出了世界上第一個以火藥為動力的飛行兵器—火箭。這種火箭由箭身和葯筒組成，其中藥筒用竹、厚紙製成，內充火藥，前端封死，後端引出導火繩，點燃后，火藥燃燒產生的氣體向後噴出，以氣體的反作用力把火箭推向前，飛行中殺傷敵兵。這種最早的原始火箭在工作原理上與現代火箭沒有什麼不同。公元12世紀中葉，原始的火箭經過改進后，廣泛地用於戰爭。如公元1161年宋軍與金兵的“采石之戰”中所使用的“霹靂炮”，其實就是一種火箭兵器。當時在中國民間廣為流行的能高飛的“火流星”（亦稱“起火”），實際就是世界上第一種觀賞性火箭。元、明之後，即公元13世紀以後，中國的火箭兵器在戰爭中有了很大發展，湧現了許多與現代火箭類型相近的火箭形式。13世紀中葉，蒙古人入侵中亞、西亞和歐洲，阿拉伯人侵略西班牙，他們把中國的火箭技術傳入了歐洲及世界其它地區。到了這時，德意志的艾伯特斯·麥格諾才在歐洲首次記述了關於製作火箭的技術。歐洲人最早使用火箭兵器，是在1379年義大利的帕多亞戰爭和1380年的威尼斯之戰中。

至20世紀初，俄國著名科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基從理論上證明了多級火箭可以克服地球引力而進入太空，並建立了火箭運動的基本數學方程，奠定了航天飛行動力學的基礎。此外，他肯定了液體火箭發動機是航天器最適宜的動力裝置，為運載器的發展指出了方向，並提出為實現飛向其他行星必須設置中間站，以及火箭在星際空間飛行的條件和火箭地面起飛條件。

美國著名火箭專家羅伯特·哈金斯·戈達德把航天理論與火箭技術相結合，提出了火箭飛行的數學原理，指出火箭必須具有每秒7.9公里的速度才能克服地球引力，同時他研究了利用火箭把載荷送至月球的幾種可能方案。戈達德從1921年開始研製液體火箭，於1926年3月16日進行了人類首次液體火箭飛行試驗並獲得成功（火箭長3.04米，飛行2.5秒，達到 12米高，56米遠），這使得他成為液體火箭的實際發明人。1932年他首次用陀螺控制的燃氣舵操縱火箭的飛行，1935年他試驗的火箭以超聲速飛行，最大射程約20公里。

1942年10月3日，德國首次成功地發射了人類歷史上第一枚彈道導彈—V-2，並於1944年9月6日首次投入作戰使用。第二次世界大戰期間，先後有約4300多枚V-2導彈襲擊了英國、荷蘭安特衛普港和其他目標，造成了極大的破壞。V-2是單級液體火箭，全長14米，質量為13噸，箭體直徑1.65米，最大射程320公里，發動機熄火高度96公里，飛行時間約320秒，命中精度圓公算偏差5公里，有效載荷約1噸。

其動力系統選用液氧/酒精液體火箭發動機，推力為260千牛（合26.5噸力），最長工作時間68秒。其控制系統使用帶程序裝置和陀螺積分儀的自主式陀螺控制系統。V-2的成功在工程上實現了19世紀末、20世紀初航天技術先驅者的技術設想，並培養和造就了一大批有實踐經驗的火箭專家，對現代大型火箭的發展起到了繼往開來的作用。V-2的設計雖不盡完美，但它卻是人類擁有的第一件向地球引力挑戰的工具，成為航天技術發展史上的一個重要里程碑。第二次世界大戰後，美、蘇兩國分別接收了參與V-2研製的部分專家、設備及資料，為這兩個國家在第二次世界大戰後迅速發展火箭和導彈的技術創造了有利的條件。40年代末至50年代末，在V-2的基礎上，以美、蘇為主研製的火箭武器得到了迅速發展，各種類型的導彈武器相繼問世，並形成了一個完整的導彈武器系統。

世界第一枚專門用於高空大氣探測的火箭是美國於 1945年秋研製成功的“女兵下士”火箭。它能將11公斤的有效載荷送到 70公里的高空。此後，美國和蘇聯利用繳獲的V-2火箭發射了一批探空火箭。50年代的國際地球物理年活動大大推動了探空火箭的發展，許多國家開始了探空火箭的研製。到80年代，世界上已有20多個國家發展或使用了探空火箭，年發射量高達數千枚。中國在1958年以前曾發射過試驗性火箭，1958年正式研製探空火箭，先後研製成T-7液體探空火箭和改進型 T-7A探空火箭。 1965年起開始研製固體探空火箭“和平”2號和6號。

看似複雜的火箭，原理其實非常簡單，早在17世紀，牛頓就很清晰地進行了描述：如果以一定速度向後拋出一定質量，就會受到一個反作用力的推動，向前加速。簡單的火箭甚至早在牛頓提出這一原理前幾百年就在中國被發明出來，並得到了應用，包括軍用的火藥箭和節日慶典的煙花。

火箭向後拋出一定質量是靠火箭發動機來完成的。火箭發動機點火以後，推進劑（液體的或固體的燃料和氧化劑）在發動機燃燒室里燃燒，產生大量高壓氣體；高壓氣體從發動機噴管高速噴出，對火箭產生的反作用力，使火箭沿氣體噴射的反方向前進。固體推進劑是從底層向頂層或從內層向外層快速燃燒的，而液體推進劑是用高壓氣體對燃料與氧化劑貯箱增壓，然後用渦輪泵將燃料與氧化劑進一步增壓並輸送進燃燒室。推進劑的化學能在發動機內轉化為燃氣的動能，形成高速氣流噴出，產生推力。

火藥曾經是原始的火箭推進劑，目前戰術型火箭或較小導彈大多採用火藥推進劑。人們習慣性把這樣的固體燃料叫做“單元推進劑”。需要燃燒劑加氧化劑的燃料被稱為：“二元推進劑”。組合使用液體和固體燃料推進劑的稱為混合推進劑。使用混合推進劑的火箭發動機比沖和體積比沖介於液體和固體火箭推進劑之間。1950年代美國研製成功氧化氫和聚乙烯作為火箭發動機的混合推進劑。1964年法國首先發射成功採用混合推進劑為動力的氣象火箭。我國“長征一號D”運載火箭第一級、第二級用液體燃料火箭發動機，第三級用固體燃料火箭發動機。也是採用混合推進劑。

選擇推進劑所需要考慮的因素很多，如要求高的化學能焓、低分子量的燃燒產物。比熱大、導熱率高。飽和蒸汽氣壓低，化學穩定性好，比重大、無毒、無腐蝕性等。一種推進劑不可能完全具備以上的這些性能，因此不斷研究新燃料是開發空間航行的首要任務。

使用核能燃料的火箭發動機的比衝量高、壽命長。但技術複雜，只適用長期工作的航天器及運載火箭的高能末級。1986年前蘇聯已在和平號空間站應用核動力發動機。核燃料的危害性是放射性污染環境。

目前火箭發射有三種方式：一是地面發射，二是空中發射，三是海上發射。

早期，運送有效載荷的火箭都是從地面發射場發射的。地面發射場受地理位置的制約，限制了有效載荷的發射範圍，難以滿足各種有效載荷的需求，於是出現了從空中發射和從海上平台發射火箭的方式。

從空中發射火箭是用飛機將火箭運送到高空后，再釋放火箭，火箭在空中點火飛向預定軌道。採用這種發射方式，飛機可以在不同地點的機場起飛，從空中任何地點發射，它不受地理位置的限制。這樣，不僅增加了發射窗口，而且還會擴大軌道傾角的範圍，因而具有很大的機動性。載機相當於火箭的基礎級，能提高火箭本身的運載能力，同樣火箭從空中發射比從地面發射，其運載能力幾乎可以提高一倍。

與地面發射場相比，從海上平台發射火箭同樣具有多種優勢。首先，可以靈活選擇發射地點，當選擇在赤道附近海域發射時，能充分藉助地球的自轉速度，提高火箭的運載能力；其次，周圍沒有居民點，火箭落區的選擇範圍較大，從而可使多級火箭的設計更加優化，進一步提高火箭的運載能力。

與運載火箭的研製一樣，運載火箭的發射同樣是一項綜合性的系統工程。它涉及的面很廣，包括運載火箭的檢查、測試、轉運、加註推進劑、發射程序與數據的計算和裝訂、點火發射、跟蹤測量、安全控制、指揮通信、地面勤務保障等多方面的工作。

運載火箭首先進入技術準備區的專用廠房。在這裡先對箭上的儀器設備進行單元測試，即對儀器設備單獨進行測試，檢查其性能和精確測量其參數。單元測試合格後進行分系統測試，它是在系統處於工作狀態下，對系統內各儀器設備工作的協調性和功能進行檢查，並測量其工作參數。接下來各分系統之間進行匹配測試，檢查系統之間工作是否協調匹配。最後進行箭上所有系統都參加的總檢查，總檢查一般要進行多次，以模擬各種飛行狀態來驗證運載火箭全系統的技術性能和可靠性，並使火箭達到符合發射狀態的要求。總檢查之後，開始在運載火箭上安裝各種火工品和火工裝置，並準備轉場。

在運載火箭進行技術測試的同時，發射場內的測控系統要進行設備聯試。先是進行場內設備聯試，然後再與分佈在各地的測控站設備聯試。與此同時，地面勤務保障部門對發射設備、加註設備進行調試；氣象保障部門開通氣象情報網和天氣會商網，啟動氣象測量雷達，開始進行天氣的長、中、短期預報。

當運載火箭在技術準備區經檢查測試達到可以進行發射的狀態后，即可轉運到發射區。發射區內有發射台、勤務塔和臍帶塔等主要發射設施。運載火箭分級運至發射區后，由勤務塔上的吊裝設備對運載火箭分級吊裝、對接和總裝，並將其豎立在發射台上。隨後在豎立狀態下對運載火箭再一次進行分系統測試、系統間性能匹配測試、總檢查和發射演練等。在發射區測試的內容要比在技術區的測試簡化。在檢查測試工作結束后，就可向運載火箭加註推進劑，並進行瞄準定位。與此同時，地面勤務保障部門要進行推進劑化驗，確定推進劑的加註參數；氣象部門要提供臨發射前發射場區的天氣情況及發射場區上空的高空風場等情況，以及火箭飛行經過地區的氣象情況。

當一切準備工作基本結束之後，發射工作便可進入倒計時階段。倒計時階段開始時，由指揮中心向發射場、火箭飛行過程中箭體分離后的落區、分佈在各地的測控站、遠洋測量艦隊和有關部門統一發布口令。各部門、各單位接到口令后，根據時間統一勤務系統提供的統一時鐘各自進入臨射前的工作程序。一般運載火箭的倒計時從由發射窗口確定的發射時間前1個小時開始，叫做1小時準備。然後是30分鐘準備、15分鐘準備、5分鐘準備、1分鐘準備，最後是從10開始倒數至1，運載火箭點火起飛。採用低溫推進劑的運載火箭，由於低溫推進劑極易蒸發，必須嚴格控制推進劑加註后的時間，因此常提前到離發射時間4-7小時就開始進入倒計時階段。

發射工作進入1小時準備后，發射場的各項工作均按時間程序由地面測試發射控制設備來操作，它可以是半自動的，也可以是全自動的。在這段時間的準備過程中，主要的工作有：對箭上系統通電以進行射前功能檢查，對火箭裝訂飛行程序和數據，進行精確瞄準，對推進劑貯箱進行增壓，對採用低溫推進劑的火箭補加推進劑，氣路連接器、加註連接器自動脫開，遙測系統、外測系統的連接插頭自動脫落。到1分鐘準備時，箭上系統由地面供電轉為由箭上電池供電，經10秒鐘自檢正常后，電纜連接器自動脫落，電纜擺桿離開運載火箭擺到預定位置。這時運載火箭除底部只有一個經脫拔插頭連接的電纜尚與地面連接外，其他一切與地面連接的插頭均已完全脫開。射前30秒鐘，發射場的測控系統與各地測控跟蹤站開始啟動；射前7秒鐘，發射台周圍的高速攝影機開拍，開始記錄火箭點火起飛的實況；到0秒時火箭點火。當火箭離開發射台時，底部唯一尚連接著的電纜脫拔插頭被拉脫，火箭與地面的有線控制完全中斷。但如果在火箭點火尚未離開發射台前，發現火箭發動機工作不正常，地面可通過這根電纜對火箭實施緊急關機。

火箭起飛后，在控制系統的控制下，分別完成程序轉彎、助推器脫落、上面級火箭的點火與關機、級間分離和整流罩分離等；當火箭到達入軌點時，有效載荷與火箭分離、進入預定軌道運行，這時，運載火箭的發射工作完滿結束。

按級數來分，可分為單級火箭、多級火箭兩種類型。由於單級火箭在實際應用上很難實現宇宙飛行所必需的宇宙速度，因此需要採用多級火箭來解決這一問題。多級火箭的一子級在發射點火后就開始工作，工作結束后與整個火箭分離，再由二子級繼續將有效載荷推向太空，以此類推，直至把有效載荷送入預定軌道。多級火箭一般由2-4級組成，有串聯、並聯和串-並聯三種聯接方式。

按動力能源分為化學能火箭、電能火箭、核能火箭、太陽能火箭及光子火箭等。目前最常用的是化學能火箭，它又分為液體推進劑火箭、固體推進劑火箭和固-液混合推進劑火箭。作為新能源火箭的代表，核能火箭的優點是其發動機比沖比化學能火箭的高，而推進劑只有一種，簡化了火箭結構，適合執行長時間任務或星際任務。

按用途分為探空火箭和運載火箭。探空火箭指在近太空進行探測、科學試驗的火箭，一般不設控制系統，是30～200千米高空的有效探測工具。探空火箭還可按研究對象或用途分翔如地球物理火箭、氣象火箭、生物火箭、技術試驗火箭和防雹火箭等。運載火箭又分為衛星運載火箭和載人運載火箭。

按控制形式分為有控火箭和無控火箭。

按運載能力分為小型火箭、中型火箭、大型火箭和重型火箭。

按軌道分為近地軌道火箭、太陽同步軌道火箭、地球同步軌道火箭及月球軌道火箭等。

按可否重複使用分為一次性使用火箭、部分重複使用火箭和完全重複使用火箭等。

中國長征系列運載火箭

由中國航天科技集團有限公司自主研製的長征系列運載火箭，承擔了我國96.4%的發射任務，發射航天器總質量佔中國發射總質量的99.2%。從1970年首飛至今，長征系列運載火箭先後有17型基礎級火箭和5型上面級投入使用，成功將500多個航天器送入預定軌道，實現了從無到有，從串聯到捆綁，從一箭一星到一箭多星，從發射衛星到發射載人飛船和月球探測器，從現役運載火箭到新一代運載火箭等一系列重大跨越，具備了發射低、中、高不同軌道、不同類型載荷的能力，運載能力和入軌精度均處於世界先進水平，已成為中國第一、世界知名、在國際高科技產業具有自主知識產權的品牌。

多年來，長征系列運載火箭有力支撐保障了我國載人航天、月球探測、北斗衛星導航、高解析度對地觀測系統等一系列重大工程任務的成功實施，為推動相關領域發展，加快科技強國和航天強國建設打下了堅實基礎。據統計，長征火箭300次發射的成功率約為96%。與前50次發射相比，后250次發射的成功率明顯提升且趨於穩定。在第三個100次發射中，長征火箭共將225顆航天器送入預定軌道，發射成功率高達97%，居世界領先地位。2018年，長征火箭年發射連續成功次數達到37次，首次獨居世界航天發射次數年度第一位，在近20年世界各國航天發射史中，是連續成功發射次數最高的一年，創造了世界航天發射的新紀錄。

歐洲阿里安運載火箭

歐空局研製的運載火箭系列。由歐洲11個國家組成的歐空局於1973年開始研製，迄今已發展了阿里安1~5五種型別。目前使用最多的是阿里安5號火箭。阿里安5火箭於1988年1月開始研製，1996年6月首次飛行，迄今為止，研製並投入使用的有阿里安5G、5GS、5ECA、5ES等型號，起飛質量為746~480噸，起飛推力為11400~13000kN，可用於向地球同步轉移軌道、太陽同步軌道、中低軌道以及飛離地球軌道發射各類衛星和航天器，同時也可執行一箭多星發射任務，曾發射過天網、SYRACUSE等軍用通信衛星。阿里安5為兩級液體火箭，一子級採用液氫、液氧推進劑，二子級採用四氧化二氮、一甲基肼或液氧/液氫推進劑，在一子級周圍捆綁了2枚大型固體助推器。目前在用的火箭型號主要有阿里安5GS、5ECA、5ES。阿里安5GS低溫主級採用火神發動機，上面級採用可重複點火常溫推進劑發動機，地球同步轉移軌道運載能力達到6.5噸。阿里安5ECA採用改進的火神2低溫推進劑發動機，二子級改用低溫上面級，使地球同步轉移軌道運載能力提高到10.5噸。阿里安5ES火箭主要用於發射歐洲自動轉移飛行器（ATV），近地軌道運載能力為21噸。

日本H系列運載火箭

日本研製的運載火箭系列。研製始於1981年，迄今已發展了H-1、H-2、H-2A等多種型號，目前正在研製H-2B火箭，用於發射H-2轉移飛行器（HTV）。H-1火箭的地球同步轉移軌道運載能力為1.1噸，由於使用了美國技術，只允許用來發射日本國內衛星，1988年投入使用，1992年退役。H-2火箭是日本獨立研製的首枚大型兩級捆綁式液體運載火箭，主要用於發射1～2噸級的地球同步軌道衛星，於1994年開始首飛，由於成本高、可靠性差以及操作複雜等問題，1999被停止使用。目前在用的是以H-2為基礎進行了較大的改進的H-2A火箭系列，有標準型（H2A202、H2A2022、H2A2024）和增強型（H2A204），均為二級火箭，一、二子級使用液氧/液氫推進劑，通過模塊化設計，採用相同火箭結構模塊的不同配置來組成不同火箭型號，最大近地軌道運載能力為10噸，最大地球同步轉移軌道的運載能力為6噸，用於日本政府軍用和民用有效載荷的發射，包括地球同步軌道通信衛星、偵察衛星、月球探測器和星際探測器等，同時承攬國際商業發射服務。日本正在H-2A火箭的基礎上發展更大的H-2B火箭，其一子級直徑從4米增加到5米，主發動機增加到2台，可用於發射有效載荷質量為16.5噸的HTV，向國際空間站運送貨物，也可將質量8噸的其他類型有效載荷送入地球同步轉移軌道。

俄羅斯質子號運載火箭

蘇聯/俄羅斯研製的第一種非導彈衍生的運載火箭。是專為航天任務設計的大型運載器，包括二級型、三級型和四級型，於1965年進行首飛，曾發射了“熒光屏”、“彩虹”、“地平線”系列通信衛星、格洛納斯（GLONSS）軍民兩用導航衛星及“月球”、“金星”、“火星”等探測器，執行過月面採樣返回和金星表面軟著陸任務。二級型質子號1961年開始研製，採用四氧化二氮及偏二甲肼推進劑，用於發射大型月球探測器、星際探測器、空間站艙件和地球同步軌道衛星，能把12.5噸有效載荷送入近地軌道。三級型由二級型火箭加上一個液體三子級構成，

主要用於發射蘇聯空間站與量子號、晶體號及宇宙號空間站艙，能把21噸的有效載荷送入近地軌道。目前使用的主要是四級型質子號K/DM和質子號M/微風M兩種型號火箭，是在三級型火箭的基礎上增加上面級Block DM 和微風M構成，Block DM採用液氧和煤油推進劑，微風M採用四氧化二氮和偏二甲肼推進劑。質子號K/DM主要用於發射政府的有效載荷，地球同步轉移軌道運載能力覆蓋2.75-4.35噸，月球軌道的運載能力達到6.2噸。質子號M/微風M火箭主要用於國際商業發射服務，同時也可執行政府的發射任務，是目前質子號火箭中運載能力最大的型號，地球同步轉移軌道運載能力達到6.2噸，地球同步軌道運載能力達到2.92噸。

蘇聯/俄羅斯的聯盟號火箭系列是世界上歷史最久、發射次數最多的多用途運載火箭。前蘇聯以戰略導彈為基礎發展了東方號運載火箭，後續又發展了聯盟號火箭，現已發展了上升號、閃電號、聯盟號、聯盟U、聯盟號U/伊卡爾、聯盟號U/弗雷蓋特、聯盟號FG、聯盟號2等10餘個型號，最大近地軌道運載能力為8.2噸，太陽同步軌道運載能力為4.8噸，地球同步轉移軌道運載能力為2.4噸。

目前主要使用的是聯盟號U、閃電號M、聯盟號FG和聯盟號2火箭。聯盟號U和聯盟號FG火箭為兩級結構，全部採用液氧、煤油推進劑，主要用於發射載人/不載人貨運飛船或軍用照相偵察衛星，曾發射過上升號載人飛船、聯盟號載人飛船、進步號貨運飛船以及第2代宇宙號照相偵察衛星。在二級型火箭聯盟號U/FG的基礎上還可增加伊卡爾和弗雷蓋特上面級，用於商業高軌道發射。閃電號M火箭是三級火箭，主要用於發射軍用的大橢圓軌道衛星，地球同步轉移軌道運載能力為1.6噸，曾發射過閃電號通信衛星和預警衛星。聯盟2火箭是聯盟號系列中改動最大的型號，採用了新的二子級和三子級。其基本型（二級型）可將近地軌道運載能力提高到8.2噸，帶上面級的三級型火箭可將有效載荷送入大橢圓軌道和地球同步軌道，地球同步軌道運載能力為2.7~3噸，太陽同步軌道運載能力為4.5~4.9噸。聯盟號2火箭既與原來的聯盟號火箭有很好的繼承性，又能更好地適應國際商業發射市場的需求，最終將取代現用的聯盟號U/FG和閃電號M，進行載人飛船、軍事和商業衛星的發射。

印度衛星運載火箭

印度為發射衛星在探空火箭基礎上發展而來的運載火箭。先後成功研製了衛星運載火箭3（SLV-3）、加大推力衛星運載火箭（ASLV）、極地軌道衛星運載火箭（PSLV）和地球同步軌道衛星運載火箭(GSLV)。PSLV、GSLV是印度在用的主力運載火箭。PSLV採用四級結構，一、三子級使用固體推進劑，二、四子級使用一甲基肼和四氧化二氮，主要用於向極軌道發射遙感衛星，近地軌道運載能力達到3.2噸，太陽同步軌道運載能力為2噸。GSLV火箭是在PSLV火箭基礎上改進而來，主要用於向地球同步軌道發射衛星，同時也可執行近地軌道發射任務。GSLV由固體一子級、液體二子級、低溫上面級等三級構成，並在一子級周圍捆綁了4枚液體助推器，地球同步轉移軌道運載能力約為2噸。

美國飛馬座運載火箭

美國軌道科學公司研製的一種空射型運載火箭。它是世界上唯一投入使用的空射運載火箭，主要用於將小型衛星送入近地軌道，進行微重力實驗、材料試驗、通信、定位、地球資源探測或完成其他特殊任務。它具有較大的軍用潛力，適合於戰時發射小衛星，也可用來運送武器彈藥，使軍事指揮員擁有攻擊地球上任何目標的能力。飛馬座運載火箭包括標準型和加長型（飛馬座XL）兩個型號，均為三級固體運載火箭，採用端羥基聚丁二烯推進劑。標準型飛馬座全長15.5米，直徑1.27米，翼展6.7米，起飛質量18.886噸，起飛推力498.2千牛，近地軌道運載能力375千克，1998年停止使用。加長型飛馬座XL是在基本型的基礎上通過加長一、二級和提高性能發展而來的，全長16.9米，起飛質量23.13噸，近地軌道運載能力443千克。發射標準型飛馬座火箭的載機為改裝的B-52轟炸機，運載火箭弔掛在機翼下。加長型飛馬座XL使用改裝的L-1011飛機作載機，火箭弔掛在載機腹部。發射時，火箭由載機攜帶至預定地點上空投放，自由下落5秒後點火，投放時，飛機高度約11900米，飛行速度0.8馬赫。

美國大力神系列運載火箭

在大力神洲際彈道導彈基礎上發展起來的運載火箭系列。包括大力神2、大力神3、大力神34和大力神4等運載火箭，主要用於發射軍用衛星。大力神2為兩級可貯推進劑（混肼/四氧化二氮）火箭，是該系列中最早投入使用的型

號，曾用於發射美國的雙子星座飛船、氣象衛星和月球探測器。大力神3、34和大力神4均為三級火箭，其中大力神3和大力神34主要用於發射極地軌道軍事衛星（偵察）、地球同步軌道衛星（國防通信、預警）以及星際探測器。大力神4火箭於1985年開始研製，在1986年挑戰者號太空梭失事之後，成為發射大型軍用衛星的主要運載火箭，承擔美國空軍地球同步軌道衛星（預警、通信、中繼、氣象）和近地軌道偵察衛星的發射任務。大力神4系列包括大力神4A、4B兩種型號，為芯級加捆綁構型，一、二子級也採用混肼/四氧化二氮推進劑，可以在無上面級的狀態下把有效載荷送入近地軌道，也可以使用慣性上面級（IUS）或半人馬座上面級，把有效載荷直接送入地球同步軌道，近地軌道運載能力達到21.7噸，地球同步軌道運載能力達到5.7噸。2005年10月，大力神4完成最後一次發射后，被更為廉價、可靠的德爾塔4和宇宙神5火箭取代。至此，大力神系列火箭全部退役。

美國從事火箭探空研究的主要機構有：美國國家航空航天局（NASA）、陸海空軍、能源研究與發展委員會（ERDA）和大學等單位。據統計，1959-1976年NASA在全球37個發射場（國內24個）發射探空火箭30種1912枚。其中，1968年發射175枚，20世紀70年代中期后，每年發射70-80枚，近年來發射數量仍據世界之首。對於微重力火箭發展有兩次重要的火箭發射任務。1971年10月NASA發射 了“空蜂”170A，首次利用探空火箭進行了空間材料加工實驗嘗試；1972年1月再次發射“黑雁”5C 火箭進行金屬熔煉實驗。這兩枚火箭的發射，證實了利用探空火箭進行微重力科學實驗是一條可行的技術途徑，揭開了微重力火箭研製和應用的序幕。20世紀70年代初美國開始利用探空火箭進行空間材料加工實 驗。NASA於1974年初制定空間材料加工應用火箭（SPAR）計劃，這是世界上第一個微重力火箭研究應用計劃。從1975年12月至1981年1月，NASA 共發射9枚 SPAR 火箭，其中6枚成功，2枚失敗，1枚局部成功，共進行了49項空間材料科學和加工的實驗研究。隨著1989年3月“夥伴”1 號火箭首次成功發射，NASA決定20世紀90年代根據需要每年發射2-4 枚類似火箭，其中大部分為生物技術實驗，其他為空間材料科學和加工實驗。NASA 著名的火箭探空項目NSROC（NASA SoundingRocket Operations Contract）從1999年開始實施，為其火箭探空研究提供了完整的前期計劃、設計、開發、集成、測試、發射和後期分析等工作。 NSROC於2000年8月達到ISO 9000標準，平均每年發射約20次，涵蓋了不同的探測高度和科學應用範圍。

日本在火箭探空方面進行了非常廣泛的研究，在大氣科學、電離層、太陽物理、天體物理以及大氣氣候和預報方面取得了許多科學成果，並與美、英、法、西德等合作完成了多種類型的火箭實驗，進行了獨具特色的赤道區高層大氣、電離層和天文學的探測研究。1977年日本宇宙開發事業團（NASDA）制定了TT-500A微重力火箭計劃。1980年9月至1983年8月共發射了6枚，均用於空間材料加工實驗，有19台設備進行了飛行實驗，只有約一半的設備獲得實驗結果。20 世紀80年代後期，NASDA重新制定了微重力火箭研究計劃，命名為TR-1A 的微重力火箭於1991年9月首次發射成功，搭載了5種用於空間材料科學研究和加工的實驗裝置。之後，又制定了繼續發射 3 枚TR-1A 微重力火箭計劃。2003 年10月，為了提高日本的空間研究水平，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）重組完成，所屬ISAS繼續用探空火箭等獨特的手段提高空間科學研究水平。JAXA 目前使用的探空火箭系列有S-310、S-520 和 SS-520。

歐洲空間局（ESA）將微重力科學實驗研究作為主要任務之一，制定了全面的發展研究計劃，包括用探空火箭進行微重力實驗研究，1990-1996年間，每年發射1枚長時間探空火箭，4枚短時間探空火箭。在德國政府2001年5月批准的新航天計劃中，用於微重力實驗的探空火箭為其重要的組成部分。德國的兩種朗繆爾探針設備分別於 2002年和 2003年搭載 NASA 的探空火箭上天。探空火箭是德國空間項目中的重要工具，主要涉及空間科學、對地觀測、微重力研究和返回技術。2004年10月23日，德國宇航中心（DLR）研製的VSB-30 型火箭試飛成功，它標誌著歐洲微重力探空火箭計劃的復興。

火箭探空是中國發展航天事業的起步項目之一。中國於1958 年開始發展火箭探空事業，在著名科學家錢學森、趙九章、楊南生、王希季等倡導和領導下創建了火箭探空事業。在研製發射了多種型號的試驗研究、試驗性探空火箭的基礎上，中國的第一枚探空火箭於1960 年9月首次發射。中國最早開展研究和利用的探空火箭是用於氣象探測的氣象火箭，研製併發射了多種氣象火箭，在20世紀發射的約260枚探空火箭中有半數以上為氣象火箭，用於中層大氣（海拔20～80公里）的大氣溫度、壓力、密度、風速和風向等氣象要素的探測，在氣象火箭的研究和應用中取得了豐碩的成果。另有一些取樣火箭、生物火箭和試驗火箭。

2008年開始的國家大科學工程“子午工程”的建設由中國科學院牽頭，其中由空間中心負責建設實施的探空火箭系統的建設目標是進行海南火箭發射場的改造建設，以適應新的體制和新的探空技術要求，將為火箭探空事業的發展提供有利支撐，是重振中國火箭探空事業的重要一步。“子午工程”的探空火箭系統主要由探空運載火箭、有效載荷艙、地面遙測系統、地面數據處理系統和地面發射支持保障系統組成。其目標是在海南建成探空火箭探測和地面聯合監測大氣和電離層參數的綜合探測系統。聯合觀測時，探空火箭上的探測設備、電離層觀測設備和大氣觀測設備等同步工作，其目的是獲取全面的200公里以下的空間環境資料，同時進行各個空間層次的耦合效應及應用研究，以期發現新的物理機制和規律。

2019年8月，我國完成了火箭殘骸的精準控制，落在了設定的落區範圍內。這次技術驗證的成功，標誌著我國成為繼美國之後的第二個掌握這項技術的國家。這次驗證技術的成功，柵格舵發揮了重要作用，通過它們可以控制回收時的姿態，確保火箭殘骸能夠落在設定的區域。此次技術的驗證成功，則可以免去落區居民疏散問題，也為我國運載火箭後續助推器及子級的可控回收、軟著陸、重複使用等技術奠定堅實基礎。