天文科普:火箭為什麽是站著發射的
發布時間:2020-11-27
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今天我們(men) 就為(wei) 大家解答“火箭為(wei) 什麽(me) 是站著發射的,它可以像飛機一樣水平起飛嗎?”解答人是來自火箭院研發中心的航天運輸係統工程師陳春燕。

 

在回答這個(ge) 問題之前,我們(men) 需要先回答另一個(ge) 問題:

火箭和飛機的目的地有何不同?

大家知道,火箭是要飛出大氣層、擺脫地球引力的的,而飛機隻是在大氣層裏做了一個(ge) 拋物線,最終還是要回到地球。目的地不同,決(jue) 定了它會(hui) 選擇不同的起飛方式。

 

△火箭與(yu) 飛機起飛方式不同

 

 

火箭垂直起飛:為(wei) 了趕快衝(chong) 出大氣層

 

火箭要把衛星送到預定軌道,需要達到一定的速度和高度。在它飛行的過程中,除了自身重力的牽製,稠密的大氣阻力是阻礙火箭加速、高飛的重要因素。所以火箭的助推器和一級火箭的使命就是帶上足足的燃料猛噴,把火箭快速送到50公裏以上的大氣層。比如長二F火箭起飛質量是470多噸,助推和一級推進劑就有350多噸,占到73%。所以對火箭來說,在大氣層裏待的時間越短、飛的路程越短,空氣阻力對火箭飛行的影響才會(hui) 越小。

我們(men) 都知道,點到線之間的距離,垂線最短。在各種角度中,垂直起飛是火箭衝(chong) 出大氣層的一條最短路徑。除了路徑短這一因素外,垂直發射的推力隻要稍微超過起飛重量,火箭就可以騰空而起。要是有角度的話,就需要更大的起飛推力。

火箭垂直起飛,穿越稠密大氣層的路程短、時間短、空氣阻力造成的速度損失小。但如果長時間垂直上升,由重力造成的速度損失就會(hui) 凸顯出來,最終將不能達到所需的宇宙速度。因此,在起飛後十幾秒火箭一般會(hui) 進行程序轉彎,逐漸轉為(wei) 水平方向。

△火箭飛行軌跡

 

飛機水平起飛:為(wei) 了借助大氣的力量

 

那飛機為(wei) 什麽(me) 不考慮大氣阻力的因素,也垂直起飛呢?除了乘坐舒適這一因素外,二者的動力原理以及與(yu) 大氣的關(guan) 係也不一樣。火箭是要盡快擺脫大氣,而飛機飛行是依靠大氣。空氣在機翼表麵的流動會(hui) 產(chan) 生升力,這個(ge) 力在飛機的飛行過程中起到了非常重要的作用。飛機起飛前要依靠發動機的推力,先來個(ge) 助跑,當作用於(yu) 機翼表麵的升力大於(yu) 重力的時候,飛機就飛起來了。飛機發動機的推力遠低於(yu) 它的重力,能依靠“大自然的力量”,就不用自己帶那麽(me) 多燃料了!

 

未來火箭有可能換個(ge) 方式發射嗎?

 

隨著發射技術的發展,目前國際上正在研究磁懸浮發射、空中發射、真空管道發射等,因為(wei) 原理不同,因此在發射的時候可以呈各種角度。未來,火箭還真可能不走尋常路哦。

 



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