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2019 年 07 月 11 日 星期 放大 缩小 默认  
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火箭知识知多少

童童

  火箭是火箭发动机喷射工质(工作介质)产生的反作用力向前推进的飞行器。现代火箭可用作快速远距离运送工具,如作为探空、发射人造卫星、载人飞船、空间站的运载工具,以及其他飞行器的助推器等。那么,这些关于火箭发射的小知识你知道吗?

  火箭为什么要垂直发射

  在发射基地,硕大的火箭垂直矗立在发射架上整装待发,随着底部喷出炽烈的火光,箭体径直冲向天空。那么,为什么火箭要采用垂直发射的方式呢?采用垂直发射火箭考虑了很多因素:首先,运载火箭的体形都很庞大,长达十几米或者几十米,如果倾斜发射就需要一条比火箭体更长的滑行轨道。这种滑轨不仅相当笨重,稳定性也差,发射时所产生的震动还会影响火箭的发射精度。并且火箭要在这样的轨道上滑行很长的距离才能获得足够的起飞力量,这就要消耗很多能量。其次,火箭绝大部分时间是在大气层以外的空间飞行,垂直向上发射可以使火箭迅速地穿过浓密的大气层进入高空飞行,减少因空气阻力而造成的速度损失。此外,垂直发射还可以简化发射设备,使竖立在发射台上的火箭能够在360度范围内移动,从而满足改变射向的需要。因此,垂直发射对于火箭的加速和能量的利用都十分有利。

  火箭的发动机有什么不一样

  火箭能保持垂直发射不倾斜主要在于它的发动机——矢量发动机。如果火箭采用传统的发动机,发动机只提供推进力,火箭升空后遇到任何水平方向的气流和阻力时,都会产生极其微小的倾角,在高速推进的过程中会产生角速度,火箭立马会倒向一边。而矢量发动机的喷口可以向不同的方位旋转,并且几个喷口可以在不同位置上产生不同的推进力,使得推力的方向竖直地锁定在火箭的质心上(质心就是物理学中假想的一个点,质量可以全部集中在这个点上),火箭有倾斜趋势的时候,计算机就会不断调整矢量发动机的喷口,让火箭保持垂直发射。

  此外,陀螺可以在高速旋转的情况下与水平的地面保持垂直,并且流畅运动。在火箭控制仓内安装一个电动陀螺仪,当火箭飞偏时陀螺仪自转轴的方向始终保持不变,而陀螺仪底部的基位产生一定的转角,通过传感器将这个变化的转角转变成大小不同的电势差,从而通过计算机和电路控制矢量发动机来保持火箭的稳定飞行,通过陀螺仪来调控火箭的姿态。虽然现在航空航天技术已经非常发达,但是许多火箭都会安装备份的飞行调控系统,并且可以人工干预飞行姿态,以此来保证火箭飞行的安全。

  火箭为什么要斜着上天

  火箭发射后是沿着弯曲的轨迹升上天空,而并非是直线,这是为什么呢?

  其实,大多数火箭的主要目标是到达地球的轨道,并停留在那里。在地球的轨道上,地球引力足够高到使火箭不会飘到外太空,并且地球引力也足够低,使得火箭不必消耗大量的燃料。为了进入轨道,火箭升空后开始倾斜,并逐渐增加这个倾斜角度,直到它到达绕行地球的椭圆轨道。但是达到一个合适的轨道并不容易,要以牺牲大量的燃料为代价,以获得令人难以置信的水平速度——28968公里/小时(约每秒8公里)。

  这种优化航天器的轨迹使其获得所需轨迹的技术称为重力转弯或零升力转弯。这种技术提供了两个重要的好处:第一,它使火箭在其上升的早期阶段保持非常小的迎角甚至零迎角,这意味着火箭经受更少的空气动力学阻力。第二,它使火箭使用地球的重力,而不是自己的燃料来改变方向。火箭因此节省的燃料可用于水平加速,以达到高速,并且更容易进入轨道。

  简而言之,如果想要进入地球轨道,火箭必须在发射后将其轨迹弯曲。如果不这样做,而是继续垂直上升,它将会到达一定高度后耗尽燃料,而且很有可能像石头一样落回地球。

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