从本文开始小火箭 导弹将开始對历史上的经典导弹和火箭 导弹进行详细分析。在这个系列文章中有开创意义的或者完成了人类太空探索重要使命的火箭 导弹与导弹型號将会得到逐一介绍。

几乎是难以否认的一个事实是：现代弹道导弹和运载火箭 导弹的鼻祖可以追溯到第二次世界大战期间德国人发明嘚V-2弹道导弹。

一枚V-2导弹矗立在她诞生的地方：德国佩内明德V-2导弹的总设计师为冯·布劳恩博士，他是航天先驱奥伯特的名徒。有关奥伯特，详见小火箭 导弹的公号文章《航天先驱奥伯特博士》。

12.5吨，全长14米直径1.65米，弹翼翼展3.56米最大有效射程为320千米。

总体来说V-2导弹由彈体结构、弹翼、弹头、导航制导设备舱、燃料贮箱、氧化剂贮箱和火箭 导弹发动机构成。

V-2导弹使用的燃料为3.81吨的酒精（严格来说是3.81吨75%嘚酒精与25%的水的混合物），氧化剂为4.91吨的液氧

成堆摆放的V-2导弹使用的液体火箭 导弹发动机

小火箭 导弹认为，V-2导弹堪称现代运载火箭 导弹鼻祖的一个重要原因就是她拥有专门设计的喷注系统这样的系统对于液体火箭 导弹发动机来说，至关重要鉴于当时的加工制造水平以忣生产条件，V-2导弹的发动机为了提高可靠性采用了多喷注器的设计。上图为一枚V-2导弹的火箭 导弹发动机剖开四分之一的样子

图为V-2导弹嘚液体火箭 导弹发动机的燃烧室内壁。在该发动机工作的时候燃烧室温度可达2500℃。

小火箭 导弹的风格当然是既阐述外表形状又分析设计細节了上图为V-2多喷注器设计当中的一个喷注器。我们可以看到在这个钟形窝里，有中间和四周环绕这两类带有小孔的喷注装置

中间噴注头上面钻了120个小孔。这些小孔用来向燃烧室喷注液氧

钟形内壁上则按照近距和扩张远距的不同，分布着68个酒精喷注孔

仔细看剖开嘚V-2导弹的火箭 导弹发动机的话，会发现里面有夹层结构这样的设计也是首次在导弹或者火箭 导弹上出现（谁叫V-2是最早的弹道导弹呢。）該设计影响至今现代的液体火箭 导弹发动机大多仍然沿用这样的设计思路。

夹层中由6根高压管路输送来的酒精充斥其间。这个夹层的內壁紧邻灼热的燃烧室冰冷的酒精能够起到冷却火箭 导弹发动机的作用。燃烧室内壁同时也能够对酒精燃料进行预热有助于提高燃烧穩定性和火箭 导弹发动机的效率。

该设计既满足了发动机的冷却需要又满足了燃料的预热需要同时又没有引入附加的工质和设备，6根管孓一个掏空燃烧室外壳的夹层，就把问题给解决了

V-2导弹的火箭 导弹发动机燃烧室整体结构就是这个样子的。顶端18个鼓包的中间孔洞接高压液氧管路周围的管线输送酒精，与燃烧室的中空夹层相连夹层与1224个酒精喷注孔相连。

整个火箭 导弹发动机的燃烧室一人多高可鉯清晰地看出喷管的拉瓦尔结构。（有关拉瓦尔的方程和流场计算详见小火箭 导弹的公号文章《》）

燃烧室里面工作起来大致上是这样嘚

如果说火箭 导弹发动机是V-2导弹的心脏的话，那么涡轮泵就是心脏的心脏了涡轮泵以强劲的功率将酒精和液氧泵到燃烧室，为火箭 导弹發动机的持续工作提供条件

上图的标注中，1为酒精泵；2为液氧泵；3为涡轮；4为驱动气体入口；5为驱动气体出口其工作原理就是高压气體吹动叶轮，然后带动同轴涡轮高速转动像水泵那样把液氧和煤油泵到高压管路中，最终输入燃烧室这台拥有580马力的涡轮泵是世界上應用最早的火箭 导弹发动机涡轮泵。

V-2导弹的涡轮泵设计思路清晰结构简洁明快，涡轮输送效率较高被后来的大量弹道导弹和运载火箭 導弹所借鉴。小火箭 导弹就举一个例子：

这是苏联R-1弹道导弹中的涡轮泵是不是和V-2导弹的涡轮泵长得很像？

V-2导弹的火箭 导弹发动机的整体結构条块清晰燃烧室、管线、传力部件一目了然。中间那根长管子是干什么用的别急，小火箭 导弹把V-2的火箭 导弹发动机的其他主要部件也都说一下：

换到这个角度来看更清楚一些。上图的标注中1为酒精泵；2为液氧泵；3是涡轮；4是高压气体进口。

5是高压气体出口高壓气体从涡轮中出来之后，经过一段粗壮的弯管之后就到了热交换器那里。在热交换器中完成任务的高压气体通过7号管路排出导弹上仩图那个长管子就是排气用的。这股气驱动了涡轮泵流经了热交换器，对于V-2的发动机来说至关重要。

8是一堆气瓶这是V-2导弹纯净高压氣体的部分来源。这些气瓶里面储存的是高压氮气不过，真正驱动涡轮泵的是由化学反应产生的气体见下文详述。

V-2导弹的火箭 导弹发動机系统中的热交换器里面长什么样又有什么用途呢？上图便是把7号排气管拆下来之后从下往上看热交换器内部结构的样子。

-183℃的液氧经过里面的细管与细管外的热气体进行热量交换后，形成高压该压力经管路通给液氧贮箱，形成一股持续不断地将液氧向燃烧室推擠的力量这股力量在经过涡轮泵的进一步推动之后，最终使得液氧在18个喷注器共2160个喷注孔中，形成雾化液氧液滴与周围的酒精喷流充分混合。

再换一个角度来看9号罐子里存放的是浓度为66%的高锰酸钠溶液，在与过氧化氢的反应中与10号气体发生器中产生高压气体，这昰V-2导弹的另一个可靠高压气源

蓝色管线输送液氧，红色管线输送酒精上面那个黄色的大罐子，是过氧化氢贮箱

二战期间，正在进行吊装测试的V-2导弹原型弹这枚起着原理样机作用的导弹为后续的发展提供了支撑。此时这枚弹还没有加注燃料，也没有放入弹头重量為2.78吨。（只有壳体和发动机）

准备进行测试发射的一枚V-2导弹地面保障人员借助云梯爬到高处，对V-2导弹的设备进行调试

正在进行测试的V-2導弹。开启的设备舱盖使得我们能够看到里面的惯性导航设备箱此时，陀螺仪正被加上一个28伏特的工作电压准备起旋。

导航设备箱拆開后可以看到经典的机械式陀螺仪。陀螺仪为V-2导弹创建了惯性导航平台同时敏感导弹的姿态运动。这样的配置为后来几乎所有的运载吙箭 导弹和弹道导弹的导航制导控制设备打下了基础

1942年，正在发射从波罗的海沿岸升空的一枚V-2导弹试验弹按照导弹的标准飞行程序，發射后5秒钟之内导弹一直垂直于发射场地面飞行。（以便尽快获得能够实现稳定飞行的速度同时可以尽快飞出稠密大气，减小气动阻仂）

之后，导弹会进入程序转弯阶段打一个远射程弹道的话，弹道最高点在88千米处

1945年，一枚V-2导弹被运往德国库克斯港的一片小树林Φ间的空地处准备发射。注意V-2导弹运输/起竖车的结构

库克斯港市（Cuxhaven）是德国下萨克森州的城市，库克斯港县的首府位于易北河汇入丠海的入海口。

另一枚准备从库克斯港发射的V-2导弹注意导弹周围的保障车辆。

既然说到了这里小火箭 导弹不妨把V-2导弹需要的所有液体嘟说一下。

二战时期的德国用代号来表示V-2导弹中使用的各种液体于是，我们能够从解密后的技术手册上看到从A到Z再到SV、XV等多种液体标示

V-2导弹在发射之前，需要由各种罐车、槽车运来6.4吨A液体3.71吨B液体，175千克的T液体和22千克的Z液体

其中，A液体指的是零下183℃的液态氧V-2导弹在整个飞行过程中，实际需要的液氧量为4.91吨但是，德方技术人员坚持要采用6.4吨的罐车运来满满一车液氧是因为液氧极易挥发在夏季，从液氧制备场站到发射台短短不足5千米的路程上，液氧已经损失了不少等到接上管路，开始注入并最终让液氧贮箱内的液面高度到达标稱位置的时候液氧此时已经损失掉了1吨左右。所以按照经验和测算，4.91吨的液氧需求量要准备出1.5吨的挥发余量这样的设计思路，包括這个比例本身对于我们进行火箭 导弹或者导弹总体设计的时候，依然是有启发的

B液体指的是75%的酒精和25%的水的混合物。酒精对于那个年玳的德国来说是比较容易获取的燃料种类。放到今天的话大部分设计师会选择煤油作为液体火箭 导弹的燃料。有关煤油燃料的分析詳见小火箭 导弹的公号文章《》。

T液体指的是浓度为80%的过氧化氢溶液

Z液体指的是浓度为33.3%的高锰酸钠溶液。

V-2导弹对现代运载火箭 导弹和弹噵导弹的启发不仅仅在导弹本身其发射系统包括整个运输与发射流程都对后来的火箭 导弹有重要的影响。这种水平运输、垂直发射的模式几十年后，依然是弹道导弹的主流

1945年3月8日，一枚命中伦敦法灵顿市场的V-2导弹导致380人当场死亡

史密斯菲尔德是英国伦敦市西北部的┅个地区，圣巴托罗缪医院和一些同业公会位于此地但最著名的还是要数当地的史密斯菲尔德市场了。这是伦敦仅存的从中世纪流传下來的蔬菜肉类批发市场 历史上，有很多知名“异教徒”在此地被处死二战期间，德国将这一地区作为V-2导弹的打击目标意味深长。

1944年一组准备发射的V-2导弹。

尽管当时盟军为了稳定民众情绪的需要大幅贬低了V-2导弹的作战效能。但是一些真实的战场照片还是还原了部汾真相。图为1944年11月一枚V-2导弹命中伦敦东南部的一家商店后的场景。这枚导弹使168人当场毙命

图中那片空地是被V-2导弹击中后的一个社区将斷壁残垣清理以后形成的。由此可以大致判断V-2导弹的杀伤范围

V-2导弹为何有这样的威力呢？

其原因首先是导弹拥有较高的飞行速度按照尛火箭 导弹重新验证的弹道来分析，V-2导弹在命中目标瞬间的速度达到了2883千米/小时这个速度虽然比V-2导弹的5766千米/小时的最大飞行速度小了不尐，但是一个将近3吨重的重物以40倍于汽车行驶速度的样子从天而降，就算不爆炸其动能本身也能造成很大的伤害。

另外V-2导弹带有1吨偅的高爆弹头。弹头装药为阿玛托 阿玛托（Amatol）是由铵（Ammonium）和甲苯（Toluene）合成的一种在二战期间用途广泛的炸药。虽然按照现代弹道导弹的瑺规装药来说二战时期德军的阿玛托的爆炸威力已经不算很高了（3千克阿玛托的威力相当于2千克的现代装填方式制造的TNT炸药），但是1噸的炸药一旦可靠爆炸的话，威力还是不容小觑的

二战期间，一枚V-2导弹命中了一座位于安特卫普的电影院瞬间取走了567人的生命。

1945年┅枚被盟军缴获的V-2导弹被运到巴黎街头进行展览。

1945年一枚被盟军缴获的V-2导弹参加了伦敦特拉法尔加广场的巡游。

然后那枚导弹向一名被处决的海盗一般，被吊在了特拉法尔加广场的纳尔逊纪念柱旁边注意纳尔逊纪念柱用达特穆尔花岗岩雕琢而成的典型的科林斯柱式。

1945姩在荷兰进行展览的一枚V-2导弹。

1945年夏季德军进行了最后一次V-2导弹发射。之后V-2导弹就开始身份转变：

由一件武器变为开启航天时代的┅把钥匙。

1945年一队美国士兵正在对俘获的一枚V-2导弹进行现场测量。

盟军缴获了大量V-2导弹

1945年5月27日美军按照《奥森伯格名单》，开始系统哋在德国收集科学家和工程师包括冯·布劳恩博士在内的100多名与V-2导弹直接相关的设计人员被转移到美军占领区。

到了1945年9月20日涉及到工程技术的多个领域的700多名科学家被转移到美国的纽卡斯尔基地。

苏军在此时也开始收集有关V-2导弹和其他先进技术的资料和设备2000名一线技術工人、车间负责人、工程师被送上了去往苏联的火车。一同拉回苏联的还有V-2导弹的生产设备。

美国新墨西哥州的一枚V-2导弹美国虽然沒有运回太多工厂设备，但是他们带回了大量V-2导弹的关键零件更重要的是，100多名跟V-2导弹有关的工程师包括冯·布劳恩本人都在美国。

战後不到一年美国就利用带来的零部件和资料图纸，在德国工程师的协助下成功装配了80枚V-2导弹。这些导弹被用于各种各样的用途为导彈弹道学、导弹制导原理甚至轨道动力学和载人航天等学科领域做出了重要贡献。

其实冯·布劳恩本人也是更喜欢让飞行器为太空探索服务。他不止一次地提到，自己设计的飞行器落到了错误的星球上而且，在二战结束之前德国科学家就已经开始用V-2导弹进行一些太空探索活动了。

1944年6月20日一枚编号为MW 18014的科学试验导弹升空。导弹没有按照通常的弹道飞行而是一直竖直向上，直至飞到176千米的太空

按照国際航空联合会的规定，地面以上100千米的地方为卡门线（为纪念钱学森的导师JPL的首任主任冯·卡门博士）。超过卡门线再往上即为太空

這枚没有装弹头的V-2成了飞到太空的第一枚火箭 导弹，并完美地完成了一次亚轨道飞行

除了美国和苏联外，其他国家也获得了数量不等的V-2導弹这是一枚保存在澳大利亚博物馆的V-2导弹。（弹体完整而且还有原装的运输/起竖车）

1948年6月11日，一只名叫阿尔伯特的猕猴被塞进一枚V-2導弹中随着一阵轰鸣，导弹飞向天空完成了一次典型的弹道导弹的飞行。阿尔伯特飞上了63千米的高空后随导弹一起坠落。牺牲的阿爾伯特成为当时到过离地面最远的地方的一只灵长类动物图为NASA记录的珍贵影像。阿尔伯特为人类探索未知做出了重大贡献是第一只牺牲在奔赴太空的征程上的灵长类动物。

1949年6月14日阿尔伯特II搭乘V-2导弹升空。阿尔伯特II的最大高度达到了134千米超过了100千米卡门线的高度。它荿为了史上第一个进入太空的灵长类动物但是在返回过程中，降落伞没能顺利打开阿尔伯特II成了第一只牺牲在再入返回过程中的灵长類动物。

阿尔伯特II就是坐着这枚V-2导弹（火箭 导弹）进入太空的

1949年9月16日，阿尔伯特III乘坐V-2导弹升空导弹在离地10700米的时候爆炸，使阿尔伯特III荿为了第一只在导弹升空过程中因爆炸事故牺牲的灵长类动物

1949年12月8日，阿尔伯特VI踏上了征程它的最大飞行高度达到了130.6千米，也进入了呔空但是，在再入返回的过程中降落伞未能顺利打开。阿尔伯特VI是最后一只乘坐V-2导弹探索太空的猕猴

作为一款二战期间的导弹，V-2留丅来的彩色照片比较少那就让小火箭 导弹算一些流场图来补充吧！

按照标准弹道，V-2导弹在升空30秒后开始超声速

小火箭 导弹通过计算后，认为V-2导弹的弹翼和弹体结合部位的设计非常优秀，即使在那个没有计算机和非线性流体力学的时代工程师们还是让导弹拥有了不错嘚性能。想到这里小火箭 导弹也就不太为了自己暂时尚缺高性能计算设备而感到遗憾了。在此感谢准备资助小火箭 导弹搭建计算中心的恏友我争取在两年之内完成建设，为小火箭 导弹好友们献上更多更详细的流场计算和弹道计算结果