火箭发射的原理

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1. 作用力与反作用力定律

火箭推进的基本原理是牛顿第三定律——作用力与反作用力定律。当燃烧气体被强力向下喷出时,其反作用力会将火箭向上推起。

2. 推力与重量的关系

火箭要想蹬地升空,发动机产生的推力必须大于火箭的总重量,而解决燃料装载越多、重量越大这一问题,正是火箭设计的核心课题。

3. 为什么使用多级火箭(分级脱离)

若将燃料耗尽的下级部分原样保留,就会成为不必要的重量负担,因此需要分阶段脱离,以更轻的状态更高效地使用剩余燃料。韩国的"世界号"也是由第一级、第二级、第三级组成的多级火箭。

4. 逃逸速度

完全摆脱地球引力范围所需的最低速度,以地表为基准约为每秒11.2公里。

5. 轨道速度

若要停留在地球低轨道而不坠落,水平方向需要约每秒7.9公里的速度,这是坠向地球的速度与沿地球曲率远离的速度达到平衡的临界点。

6. 液体燃料火箭

将燃料与氧化剂以液态形式储存,通过阀门调节流量,因此可以调节推力并重新点燃发动机,广泛应用于猎鹰9号、"世界号"等需要精密控制的火箭。

7. 固体燃料火箭

将燃料与氧化剂预先混合并凝固为固态的方式,结构简单,便于长期储存,但一旦点燃便难以调节或停止推力,因此主要用作辅助助推器。

8. 整流罩分离

火箭脱离大气层后,会分离在发射初期保护卫星免受空气阻力影响的整流罩,以减轻剩余飞行阶段的重量。

庞大火箭腾空而起的力量秘密

火箭并非依靠什么特殊魔法,而是仅凭物理学的基本定律就能飞向太空。快速喷射燃料所产生的反作用力不断累积,将火箭推离地球引力。

一并了解依据这一原理发射的猎鹰9号

即便基于相同的原理,每种火箭的设计和重复使用方式也大不相同。请参阅SpaceX概述与主要成果,了解猎鹰9号可重复使用技术的意义。

常见问题

为什么大多数火箭都分为多级?

因为将燃料耗尽的下级部分原样携带前行,会成为不必要的重量负担,降低效率,所以需要分阶段脱离,使火箭在变轻的状态下更高效地加速剩余的飞行区段。

"世界号"使用哪种燃料?

"世界号"是使用煤油(精制灯油)和液氧的液体燃料火箭,其设计方式是将多个可调节推力的发动机捆绑在一起使用。