天文科普:火箭为什么是站着发射的
发布时间:2020-11-27
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今天我们就为大家解答“火箭为什么是站着发射的,它可以像飞机一样水平起飞吗?”解答人是来自火箭院研发中心的航天运输系统工程师陈春燕。

 

在回答这个问题之前,我们需要先回答另一个问题:

火箭和飞机的目的地有何不同?

大家知道,火箭是要飞出大气层、摆脱地球引力的的,而飞机只是在大气层里做了一个抛物线,最终还是要回到地球。目的地不同,决定了它会选择不同的起飞方式。

 

△火箭与飞机起飞方式不同

 

 

火箭垂直起飞:为了赶快冲出大气层

 

火箭要把卫星送到预定轨道,需要达到一定的速度和高度。在它飞行的过程中,除了自身重力的牵制,稠密的大气阻力是阻碍火箭加速、高飞的重要因素。所以火箭的助推器和一级火箭的使命就是带上足足的燃料猛喷,把火箭快速送到50公里以上的大气层。比如长二F火箭起飞质量是470多吨,助推和一级推进剂就有350多吨,占到73%。所以对火箭来说,在大气层里待的时间越短、飞的路程越短,空气阻力对火箭飞行的影响才会越小。

我们都知道,点到线之间的距离,垂线最短。在各种角度中,垂直起飞是火箭冲出大气层的一条最短路径。除了路径短这一因素外,垂直发射的推力只要稍微超过起飞重量,火箭就可以腾空而起。要是有角度的话,就需要更大的起飞推力。

火箭垂直起飞,穿越稠密大气层的路程短、时间短、空气阻力造成的速度损失小。但如果长时间垂直上升,由重力造成的速度损失就会凸显出来,最终将不能达到所需的宇宙速度。因此,在起飞后十几秒火箭一般会进行程序转弯,逐渐转为水平方向。

△火箭飞行轨迹

 

飞机水平起飞:为了借助大气的力量

 

那飞机为什么不考虑大气阻力的因素,也垂直起飞呢?除了乘坐舒适这一因素外,二者的动力原理以及与大气的关系也不一样。火箭是要尽快摆脱大气,而飞机飞行是依靠大气。空气在机翼表面的流动会产生升力,这个力在飞机的飞行过程中起到了非常重要的作用。飞机起飞前要依靠发动机的推力,先来个助跑,当作用于机翼表面的升力大于重力的时候,飞机就飞起来了。飞机发动机的推力远低于它的重力,能依靠“大自然的力量”,就不用自己带那么多燃料了!

 

未来火箭有可能换个方式发射吗?

 

随着发射技术的发展,目前国际上正在研究磁悬浮发射、空中发射、真空管道发射等,因为原理不同,因此在发射的时候可以呈各种角度。未来,火箭还真可能不走寻常路哦。

 



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