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几级运载火箭才能实现第一宇宙速度飞行?

发布时间:2016-05-18 19:43   浏览 1957 次

火箭之所以能把航天器和航天员送入太空,靠的就是它能以摆脱地球引力的第一宇宙速度飞行。这么快的速度是如何实现的?其中的原理又是什么呢?

1903年,齐奥尔科夫斯基提出的火箭公式表明,用液氧、煤油等作推进剂的单级火箭是无法达到宇宙速度的,即使用液氢液氧作推进剂,喷气速度也只能达到4.2公里/秒,其单级火箭还是无法达到8公里/秒的第一宇宙速度。

按理说,考虑到空气的阻力,从地面起飞的火箭,实际上应达到9.5公里/秒以上的速度。这样一来,火箭的质量比应达到11以上才行。也就是说,推进剂应占火箭总质量的91%以上。

因此,齐奥尔科夫斯基设想利用多级火箭接力的办法来达到宇宙速度,就是在火箭垂直发射时,让最下面一级先工作,完成任务后脱离,接着启动上面一级,进一步提高速度。这样轻装前进,逐级提高,就能达到宇宙速度。

采用多级火箭发射人造航天器,现在看来似乎是很平常的事,但在大约一百年前,却是了不起的思想突破。不过,运载火箭的级数不可能无限制地增加,因为对最下面一级火箭来说,前面的各级火箭都是它的有效载荷。

理论计算和实践经验表明,每增加l斤有效载荷,火箭需要增加10斤以上的质量来承受,随着火箭级数的增加,使最下面的一级和随后的几级火箭变得越来越庞大,以至于无法起飞。所以,目前各国设计的运载火箭一般不会超过4级。(霍建)

来源:微航天

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