重型运载火箭弹射器及其弹射方法技术领域
本发明涉及一种航空航天技术领域，具体的说是一种重型运载火箭弹射器及其弹
射方法。
背景技术
随着航空航天技术的迅猛发展，人们逐渐将眼光投向外太空，不仅要大气层外建
造大型空间站，还要将人送到远离地球的其他星球去建造适应人类生存的人造空间，还要
飞出太阳系到外太空去寻找适宜人类生存的宜居星球，上述所有太空科学活动都要使用运
载火箭将载荷送出大气层，但是目前人类所使用的运载火箭的运载能力十分有限，已知前
苏联的运载火箭最大载荷是100吨，美国的运载火箭最大载荷是127吨，各国常用的运载火
箭载荷都在几十吨内，目前现有技术的运载火箭的运载能力已经远远达不到未来人类探索
太空的需要，需要使用全新的方法来大幅度提高运载火箭的运载能力。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种能够大幅度提高运载火箭运载能力的重型运载火
箭弹射器。
本发明的技术方案是按以下方式实现的：将火箭升降平台设置在运载火箭发射架
的低位，发射前将空的重力水桶设置在运载火箭发射架高位，利用钢缆将火箭升降平台与
重力水桶连接在一起，利用梯级泵站向空的重力水桶注入水增加其高位重力势能，发射火
箭时，控制重力水桶从高位向低位降落，利用重力水桶的自由落体运动产生的重力加速度
反向为运载火箭牵引加速，将运载火箭弹射到空中，然后运载火箭发动机点火继续利用自
身发动机的推力将载荷送入太空，通过提前为运载火箭加速，大幅度提高火箭的载荷，减少
燃料消耗，提高发射安全性，提高发射成功率。
所述的重型运载火箭弹射器，运载火箭发射架总成是由发射架、弹射轿厢和升降
平台组成，发射架的地上部分前部呈垂直敞开式，以方便运载火箭的移入组装，发射架的地
下部分是发射井，发射井的底部是溢水井，发射架的两侧壁或后壁设置有齿条导轨和电板，
发射架的中间设置有升降平台和弹射轿厢；
升降平台位于弹射轿厢的底部，两者之间由程控锁连接，升降平台的拐角部设置有导
向滑块和制动器与齿条导轨滑动连接，升降平台的底部设置有升降电机通过齿轮与齿条导
轨连接，制动器和升降电机通过电板与地面控制系统连接，控制升降平台和弹射轿厢的定
位和上下移动；
弹射轿厢的上部边部设置有机械手，运载火箭安放在弹射轿厢的中间，机械手的端部
与运载火箭的箭体接触，弹射轿厢的拐角部设置有导向滑块和制动器，导向滑块和制动器
与齿条导轨滑动连接，弹射轿厢的底部设置有电刷和无线控制器，电刷与电板滑动连接取
电后为制动器、机械手和无线控制器提供电能，无线控制器控制机械手对箭体扶正和释放；
弹射轿厢上部设置有钢轨，钢轨与发射架前面的铁道钢轨相对，运载火箭安放在轨道
转运车上，轨道转运车通过钢轨转移到弹射轿厢上的钢轨上面或通过起重设备吊装到弹射
轿厢上；
弹射轿厢底部位于拐角部导向滑块之间设置有钢缆接口；
所述的弹射轿厢上部两侧设置有机械手，机械手由无线控制器控制向上打开或向下放
下辅佐在运载火箭各级箭体的侧面，用以减轻各级箭体对底部箭体的负荷和防止箭体在弹
射过程中的倾斜。
所述的重型运载火箭弹射器，重力反向弹射架总成是由弹射架、重力水桶、阻尼水
井和换向滑轮组组成，弹射架的底部设置有阻尼水井，中间设置有重力水桶，顶部设置有换
向滑轮组，换向滑轮组上绕有牵引钢缆，牵引钢缆的一端与弹射轿厢底部钢缆接口连接，牵
引钢缆的另一端与重力水桶顶部的钢缆接口连接；换向滑轮组下方设置有重力水桶锁止释
放控制器，锁止释放控制器与重力水桶顶部钩挂在一起，重力水桶的底部设置有阀门，顶部
设置有进水口，弹射架的内壁设置有齿条导轨，重力水桶的外壁对应设置有导向滑块，导向
滑块与齿条导轨滑动连接；
所述的重型运载火箭弹射器，循环水系统是由蓄水池、梯级泵站、阻尼水和溢水井组
成，梯级泵站将蓄水池中的水泵送到弹射架顶部反向滑轮组的下方的出水口，出水口与重
力水桶顶部的进水口相对将蓄水池中的水注入重力水桶之中，重力水桶部设置有阀门，当
重力水桶沉入阻尼水井后阀门自动打开，待重力水桶离开阻尼水井时将重力水桶中的水排
空。
重型运载火箭弹射器弹射的弹射发射方法，具体步骤如下：
1）发射前准备：设置弹射轿厢的重量略大于空重力水桶的重量，弹射轿厢通过锁止器
与升降平台连接，升降平台通过升降机构将弹射轿厢固定到地平面位置方便运载火箭的转
移和安装，弹射轿厢的钢轨与运载火箭运输钢轨连接，运载火箭通过轨道转运车整体转运
进弹射轿厢，用固定件将轨道转运车与弹射轿厢固定在一起，或通过液压机构将轨道转运
车替换出，升降平台通过制动器和锁止器与发射架齿条导轨锁止定位，运载火箭移送安装
到弹射轿厢中的过程中，升降平台的负荷逐渐增大，梯级泵站分级不断向空重力水桶中注
水，使升降平台与重力水桶之间始终保持重力平衡；
2）系统调试：通过升降平台的举升和下降对运载火箭进行系统安装调试，包括支撑臂
和机械手对箭体的支撑辅佐和打开释放的调试，运载火箭自身的所有系统调试完毕后，升
降平台牵引弹射轿厢下移到发射井底部，地面控制系统继续对运载火箭进行远程测试，重
力水桶反向上升到换向滑轮组下方通过锁止释放控制器锁止，梯级泵站继续向重力水桶中
注水使重力水桶的重量大于弹射轿厢和运载火箭的总和，运载火箭处于准备发射状态；
3）火箭发射：运载火箭所有系统全部通过测试后，升降平台与弹射轿厢之间的锁止器
和重力水桶顶部的锁止释放控制器打开，重力水桶被释放以每秒98.8米的加速度以自由落
体运动方式下落，重力水桶通过钢缆牵引弹射轿厢以相同的加速度顺发射架齿条导轨向发
射架顶端弹射，运载火箭同时点火，弹射轿厢中的所有与箭体连接的部件全部与箭体脱离，
弹射轿厢弹射到发射架顶部位于换向滑轮组处在钢缆的反向牵引和自身制动系统的制动
下停止向上运动，运载火箭弹通过惯性射出弹射轿厢，火箭发动机点火，在箭体冲出弹射轿
厢的速度基础上继续加速推动载荷向太空飞行，重力水桶以自由落体的速度坠落进阻尼水
井，重力水桶在阻尼水井的阻尼下停止下落，阻尼水井溢出的水进入发射井底部的溢水井
中，重力水桶底部的阀门打开，由于弹射轿厢的重量略大于重力水桶空桶的重量，重力水桶
在弹射轿厢的牵引下缓慢上升，重力水桶中的注水慢慢从重力水桶中排出，水泵将溢水井
中的水泵送回地面蓄水池，同时补水进阻尼水井以控制阻尼水井的水位，弹射轿厢在制动
器的控制下缓慢下降到地平面位置，升降平台通过升降机构驱动升降平台上移与弹射轿厢
连接，通过程控锁与弹射轿厢锁止连接在一起，准备下一次运载火箭的移入或装配，重力水
桶排干水离开水面后，底部的阀门重新关闭准备下一次注水配重。
本发明的优异效果是，减少火箭发射燃料的消耗，增加火箭的载荷，在火箭发动机
点火前就能通过弹射方式使其获得有效的加速度，由于火箭点火前获得有效加速度，可以
极大减少传统火箭发射时火箭发动机工作时产生的巨大震动对箭体造成的伤害，减少故障
提高发射成功率，还由于火箭是被定向弹射到高空，即便万一火箭发生故障，火箭自爆是在
空中完成，也不会对发射台和地面建筑及人员造成毁灭性的伤害，所以具有极高的安全性。
附图说明：
图1是弹射器的正面结构结构示意图；
图2是火箭转运过程的实施方式示意图；
图3是火箭弹射升空时的实施方式示意图；
图4是弹射器弹射轿厢部位的横断面结构示意图。
附图标记说明：反向滑轮组1、锁止释放控制器2、注水口3、进水口4、重力水桶5、阀
门6、发射架7、弹射架8、梯级泵站9、蓄水池10、机械手11、弹射轿厢12、重型运载火箭13、升
降电机15、升降平台16、溢水井18、牵引钢缆19、钢缆接口20、齿条导轨21、电板22。
具体实施方式
参照附图对重型运载火箭弹射器作以下详细的说明。
工作原理如下：
将火箭升降平台设置在运载火箭发射架的低位，发射前将空的重力水桶设置在运载火
箭发射架高位，利用钢缆将火箭升降平台与重力水桶连接在一起，利用梯级泵站向空的重
力水桶注入水增加其高位重力势能，发射火箭时，控制重力水桶从高位向低位降落，利用重
力水桶的自由落体运动产生的重力加速度反向为重型运载火箭牵引加速，将运载火箭弹射
到空中，然后运载火箭发动机点火继续利用自身发动机的推力将载荷送入太空，通过提前
为运载火箭加速，大幅度提高火箭的载荷，减少燃料消耗，提高发射安全性，提高发射成功
率。
具体结构如下：
所述的重型运载火箭弹射器，包括运载火箭发射架总成、重力反向弹射器总成和循环
水系统，其中，重力反向弹射器总成设置在运载火箭发射架总成的两侧及后部，运载火箭发
射架总成和重力反向弹射器总成分地上部分及地下部分以框架方式组合在一起，循环水系
统设置在地表面下方、运载火箭发射架总成和重力反向弹射器总成的底部。
所述的重型运载火箭弹射器，运载火箭发射架总成是由发射架7、弹射轿厢12和升
降平台16组成，发射架7的地上部分前部呈垂直敞开式，以方便运载火箭13的移入组装，发
射架7的地下部分是发射井，发射井的底部是溢水井18，发射架7的两侧壁或后壁设置有齿
条导轨21、电板22，发射架7的中间设置有升降平台16和弹射轿厢12；
升降平台16位于弹射轿厢12的底部，两者之间由程控锁连接，升降平台16的拐角部设
置有导向滑块和制动器与齿条导轨21滑动连接，升降平台16的底部设置有升降电机15通过
齿轮与齿条连接，制动器和升降电机15通过电板22与地面控制系统连接，控制升降平台16
和弹射轿厢12的定位和上下移动；
弹射轿厢12的上部边部设置有机械手11，运载火箭13安放在弹射轿厢12的中间，机械
手11的端部与运载火箭的箭体接触，弹射轿厢12的拐角部设置有导向滑块和制动器，导向
滑块和制动器与齿条导轨21滑动连接，弹射轿厢12的底部设置有电刷和无线控制器14，电
刷与电板22滑动连接取电后为制动器、机械手11和无线控制器14提供电能，无线控制器14
控制机械手11对箭体扶正和释放；
弹射轿厢12上部设置有钢轨，钢轨与发射架7前面的铁道钢轨相对，运载火箭13安放在
转运小车上，转运小车通过钢轨转移到弹射轿厢12上的钢轨上面或通过起重设备吊装到弹
射轿厢12上；
弹射轿厢12底部位于拐角部导向滑块之间设置有钢缆接口20；
所述的弹射轿厢12上部两侧设置有机械手11，机械手11由无线控制器14控制向上打开
或向下放下辅佐在运载火箭13各级箭体的侧面，用以减轻各级箭体对底部箭体的负荷和防
止箭体在弹射过程中的倾斜。
所述的重型运载火箭弹射器，重力反向弹射架总成是由弹射架8、重力水桶5、阻尼
水井17和换向滑轮组1组成，弹射架8的底部设置有阻尼水井17，中间设置有重力水桶5，顶
部设置有换向滑轮1组，换向滑轮组1上绕有牵引钢缆19，牵引钢缆19的一端与弹射轿厢12
底部钢缆接口20连接，牵引钢缆19的另一端与重力水桶5顶部的钢缆接口20连接；换向滑轮
组1下方设置有重力水桶锁止释放控制器2，锁止释放控制器2与重力水桶5顶部钩挂在一
起，重力水桶5的底部设置有阀门6，顶部设置有进水口4，弹射架的内壁设置有齿条导轨21，
重力水桶5的外壁对应设置有导向滑块，导向滑块与齿条导轨21滑动连接；
所述的重型运载火箭弹射器，循环水系统是由蓄水池10、梯级泵站9、阻尼水17和溢水
井18组成，梯级泵站9将蓄水池10中的水泵送到弹射架8顶部反向滑轮组1的下方的注水口
3，注水口3与重力水桶5顶部的进水口4相对将蓄水池10中的水注入重力水桶5之中，重力水
桶5部设置有阀门6，当重力水桶5沉入阻尼水井17后阀门6自动打开，待重力水桶5离开阻尼
水井时将重力水桶5中的水排空。
重型运载火箭弹射器弹射的应用方法，具体步骤如下：
1）发射前准备：设置弹射轿厢的重量略大于空重力水桶的重量，弹射轿厢通过锁止器
与升降平台连接，升降平台通过升降机构将弹射轿厢固定到地平面位置方便运载火箭的转
移和安装，弹射轿厢的钢轨与运载火箭运输钢轨连接，运载火箭通过轨道转运车整体转运
进弹射轿厢，用固定件将轨道转运车与弹射轿厢固定在一起，或通过液压机构将轨道转运
车替换出，升降平台通过制动器和锁止器与发射架齿条导轨锁止定位，运载火箭移送安装
到弹射轿厢中的过程中，升降平台的负荷逐渐增大，梯级泵站分级不断向空重力水桶中注
水，使升降平台与重力水桶之间始终保持重力平衡；
2）系统调试：通过升降平台的举升和下降对运载火箭进行系统安装调试，包括支撑臂
和机械手对箭体的支撑辅佐和打开释放的调试，运载火箭自身的所有系统调试完毕后，升
降平台牵引弹射轿厢下移到发射井底部，地面控制系统继续对重型运载火箭进行远程测
试，重力水桶反向上升到换向滑轮组下方通过锁止释放控制器锁止，梯级泵站继续向重力
水桶中注水使重力水桶的重量大于弹射轿厢和中型运载火箭的总和，运载火箭处于准备发
射状态；
3）火箭发射：运载火箭所有系统全部通过测试后，升降平台与弹射轿厢之间的锁止器
和重力水桶顶部的锁止释放控制器打开，重力水桶被释放以每秒98.8米的加速度以自由落
体运动方式下落，重力水桶通过钢缆牵引弹射轿厢以相同的加速度顺发射架齿条导轨向发
射架顶端弹射，运载火箭点火的同时，弹射轿厢中的所有与箭体连接的部件全部与箭体脱
离，弹射轿厢弹射到发射架顶部位于换向滑轮组处在钢缆的反向牵引和自身制动系统制动
下停止向上运动，运载火箭弹通过惯性射出弹射轿厢，火箭发动机点火后，在箭体冲出弹射
轿厢的速度基础上继续加速推动载荷向太空飞行，重力水桶以自由落体的速度坠落进阻尼
水井，重力水桶在阻尼水井的阻尼下停止下落，阻尼水井溢出的水进入发射井底部的溢水
井中，重力水桶底部的阀门打开，由于弹射轿厢的重量略大于重力水桶空桶的重量，重力水
桶在弹射轿厢的牵引下缓慢上升，重力水桶中的注水慢慢从重力水桶中排出，水泵将溢水
井中的水泵送回地面蓄水池，同时补水进阻尼水井以控制阻尼水井的水位，弹射轿厢在制
动器的控制下缓慢下降到地平面位置，升降平台通过升降机构驱动升降平台上移与弹射轿
厢连接，通过程控锁与弹射轿厢锁止连接在一起，准备下一次重型运载火箭的移入或装配，
重力水桶排干水离开水面后，底部的阀门重新关闭准备下一次注水配重。
发射架和弹射架可以使用钢结构、混凝土结构，为了提高发射架和弹射架的稳定
性，可以选择落差高的垂直悬崖峭壁为依托，在中国境内有落差2000米以上的悬崖峭壁，加
上地下的发射井弹射加速距离可达2500米以上，如果重力水桶的重量大于运载火箭和弹射
轿厢的重量，运载火箭离开弹射轿厢的速度可以通过以下公式计算得到，知道重力水桶下
落高度和超出运载火箭和发射轿厢的质量，通过公式（1）计算出自由落体时间t，再利用公
式（2）就可计算出运载火箭弹出发射轿厢时的初速度Vt。算出初速度Vt，就可算出通过弹射
方式运载火箭节省的燃料。
h=gt2/2---（1），Vt=gt---（2）。
蓄水池包括地下蓄水池、地表蓄水池或高山蓄水池，蓄水池设置的海拔越高，为重
力水桶的注水速度越快越方便。
由于升降平台可以托举运载火箭升降和弹射轿厢上下移动，使得运载火箭安装测
试更加容易方便，省去了设置在传统发射架顶部的起重机和发射架内部的楼层楼梯式复杂
结构。
本发明不仅用于重型运载火箭的弹射发射，提高开发外太空和外太空的能力，同
样也可用于重型多弹头洲际弹道导弹的弹射发射，还由于该弹射器具有巨大弹射能力，可
以对中小型战术战略导弹进行集群弹射发射，因而具有重要的军事战略威慑意义。
除本发明的说明书公开的技术特征外均为本专业技术人员的公知技术。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实
施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。