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来源:机械前线
链接:https://mp.weixin.qq.com/s/tE52X5zjiIHfyBK7UZBTNw
很有意思的一个题目,大家在看到的火箭发射直播时,一般都是垂直发射的,这就引起了很多读者的疑问,为什么垂直发射后,又倾斜着飞行呢?咱们首先看下面这张图,我们可以直观的看到火箭发射。。。不好意思,搞错了,直观学机械的小编就爱“导弹”(捣蛋)。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。火箭在发射时,如何保持火箭垂直不倒呢?其实里面学问很大:下面是俄罗斯搭载联盟号Soyuz 2.1a火箭发射前的剧照:
大家看到的固定装置多少和咱们国家的不太一样,这是怎么回事呢?分享火箭大神“豆先生的纠缠态”制作的一个科普视频,十分逗,但是不缺乏知识,也带大家了解一下各国火箭的固定机关是什么样式的: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。当火箭起飞不久后就会逐渐倾斜飞行,最终在天空画出一条弧形的飞行轨迹。简短地说:这是因为火箭想使用尽可能少的燃料进入地球轨道。其实,这种轨迹是火箭科研人员经过严格计算后设计出来的轨迹,它可以使火箭用更少的燃料将航天器送入预定轨道。![](https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/ibtpPma1ZicuyvKb6ictdTBlcqnYf63xvk3tGrIdq5icv5qEaiakClsl3LDW1hcickTZhic3QzffTcSP0sicPHICT3U0xg/640?wx_fmt=jpeg)
人类赖以生存的地球大气大部分都集中在距地表50公里以下的高度,它在给我们提供保护的同时,也给火箭进入太空带来了很大阻力。此外,要使航天器能够在太空长期飞行,必须使其具备第一宇宙速度(7.9公里/秒),让航天器能够依靠向心力维持在轨飞行,而不至于受地球的引力坠落。因此,火箭倾斜飞行也是为了给航天器提供绕地球飞行的速度方向。虽然稠密的大气层给火箭飞行带来了很大阻力,但在离地球50公里以上的高度,其空气阻力就会变小,如果火箭能够快速通过大气层,就能够使用更少的燃料来加速和爬升。所以,科研人员通过巧妙设计,改变火箭飞行倾角,这样就能达到利用地球引力的作用来改变火箭飞行方向的目的,而不是通过消耗火箭大量的燃料来改变飞行方向。因此,火箭通过倾斜飞行,一方面可以节省燃料用于水平加速,另一方面可以改变火箭的爬升方向和加速,最终给航天器提供合适的高度、速度和飞行方向,使其能够正常进入预定轨道。简而言之,如果火箭想要进入地球轨道,它必须在发射后弯曲它的轨道。如果它坚持直行,尽管越往高处引力越小,但最终会在燃料耗尽后逐渐减速,就好像我们往天上扔石头一样,速度到0后重新下落。[1]中国运载火箭技术研究院:火箭为什么是站着发射的[4]国家空间科学中心:为什么火箭发射后沿着弯曲的轨迹上升?[5]豆先生的纠缠态:为什么俄罗斯火箭没有支架也不会倒?揭秘中美俄的火箭固定机关免责声明:
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