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為什么火箭會有這么大的“力氣”

時間: 書之意2 為什么

  現今社會科技越來越發達了,以前人們夢想飛上天如今都已經實現。看過科技頻道的估計會注意到,隨著“點火”口令下達,發動機會發出震耳欲聾的聲音,幾百噸的火箭就飛上天了,為什么火箭會有這么大的“力氣”,相信許多朋友們都不太了解,下面就由小編來給大家解答一下疑惑吧。

  “長征二號F”火箭點火時,一級火箭和4個助推器的8臺煤油液氧YF-100型發動機同時工作,每臺發動機的推力是75噸,加在一起600噸。這么大的推力能把重達480噸的火箭抬起推向太空。

  火箭飛行速度取決于火箭發動機的噴氣速度和火箭的質量比。發動機的噴氣速度越大,火箭飛行的速度越快;火箭的質量比越大,火箭飛行能達到的速度就越大。其中,火箭發動機的噴氣速度,由發動機的設計水平和推進劑的比沖決定。發動機的設計水平越高,所獲得的能量效率越高,火箭發動機的噴氣速度越大。推進劑的比沖越高,發動機的噴氣速度就越大。火箭的質量比是火箭起飛時的質量(含推進劑)與發動機關機(熄火)時刻的火箭質量(推進劑燃燒盡)之比。質量比越大,火箭的結構質量就越小,所攜帶的推進劑越多。

  當第一級火箭的發動機點燃后,火箭就開始脫離發射架上升。幾秒后,火箭完全通過發射塔。在離開地面后的幾秒內,火箭一直保持垂直飛行。之后,為了保證按合適的方位飛行,發動機噴管的萬向節按預定程序旋轉,產生橫向推力,使火箭從垂直角度稍微傾斜,但基本還是垂直向上飛行的。火箭一開始的加速過程不十分明顯,因為整個火箭的質量大得驚人。在第一級推進劑燒完時,重力使火箭緩慢地從微傾斜角度轉入水平方向的飛行。這一過程被稱為“重力轉彎”,幫助火箭從以上升為主轉向向前推進,以提高所需的速度。

  第一級火箭的推進劑燒完后,爆炸螺栓使其與火箭的其余部分分離。這時,第二級火箭開始點火,繼續加速飛行。此時,火箭已飛行2~3分鐘。因為火箭卸掉了第一級火箭的結構和推進劑,質量大大減輕,所以即使第二級火箭產生的推力不如第一級大,火箭加速也要比先前快很多。在高度達到150~200千米/時,火箭已飛出稠密大氣層,有效載荷不再需要整流罩來防護空氣動力的作用,按預定程序拋掉整流罩,進一步減輕火箭發動機加速的質量負擔。

  有些火箭的第二級推進劑,常常在火箭快接近軌道速度時燃燒完畢,爆炸螺栓使第二級火箭與有效載荷分離。這時,有效載荷上的推力器將把它送入最終的軌道。同時,第二級火箭落入大氣層。最終,靠空氣摩擦使它燃燒,變成灰燼。這樣的處理方式,可以避免使第二級火箭的空殼留在太空,成為太空垃圾。如果這些垃圾不巧進入某個衛星的軌道,那將是極大的威脅。

  對于低軌道(通常指300千米的高度或更低)的航天器而言,這時火箭就完成了運送任務。但對于發射軌道高度在1000千米以上的航天器或發射行星際探測器,還需要有第三級火箭。在第二級火箭脫離后,火箭在地球引力作用下,開始進入航天技術中稱為慣性飛行段的過程,一直到與預定軌道相切的位置。稍后,第三級火箭發動,進入最后加速段飛行,當加速到預定速度時,第三級火箭發動機關機,有效載荷與火箭分離,進入最后的、較高的軌道,或者前往另一行星的軌道。

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