火箭发射的燃料及发射方式,小学生都能看懂的宇宙飞行原理(二)
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上篇文章讲到了飞机为什么不能飞到外太空,话不多说,这次,接着讲火箭发射的燃料及三级发射方式。

宇宙飞船速度远远超过飞机,而且是垂直地面发射,因而能飞到外太空。那么,宇宙飞船使用的燃料,和汽车、飞机的一样吗?

汽车使用的是汽油,飞机使用的是航空油,但是,火箭的燃料和这两者都有着很大的区别。主要原因在于,燃料提供的能量,要足以帮助宇宙飞船克服地球引力,而汽油和航空油提供的能量远远不够。

火箭发射

宇宙飞船具体使用的燃料,大体上就是一些化学燃料,化学燃料可以分为固体燃料和液体燃料,宇宙飞船用哪一种呢?

固体燃料,最常见的就是烟花和火药。固体燃料便于存放和储藏,但是一旦被点燃,就很难控制了,非全部燃尽不可。

液体燃料通过管道输送方式进行点火,火势可以随时控制,通过通道开放切断控制就可以,而且,液体燃料瞬间的爆发力比固体燃料要强大的多。

所以,宇宙飞船上一般都是液体燃料。据说,当年阿波罗11号发射的时候,瞬间巨大的爆发力,把当时观礼台上的玻璃都震碎了。

上面还提到一个点火的问题。

没有氧气就不能燃烧,要想点火必须有氧气。汽车、飞机都在大气层以内行驶或飞行,大气中的氧气足够使用,所以,不需要额外的氧化剂。但宇宙飞船就不一样了。随着发射升空高度的增加,空气中的氧气越来越稀薄,当飞船冲出大气层,进入太空,氧气几乎没有了,再多的燃料无法点火也毫无用武之地了。所以,火箭发射不仅要携带足够多的燃料,还要有足够多的助燃氧化剂。

所以,宇宙飞船上,要携带燃料和氧化剂,而且数量巨大,再加上容器的重量,达到了300吨。

有人说,在地面点火发射了,还带那么多的氧化剂做什么?这就牵扯到火箭的发射方式------三级发射。

火箭三级结构

宇宙飞船起飞,费什么要挂着三级火箭结构呢?

思考一下,宇宙飞船要想飞离地球,需要很高的速度。

要想得到很高的速度,需要充足的燃料。

不允许燃料在半途用尽,那还不如不发射。

不允许多出燃料,太重,太浪费了。

燃料必须刚刚好。

这三级火箭里面的燃料,就是刚刚好让宇宙飞船飞到外太空的。

有人说,那一级火箭里面装满这刚刚好的燃料不就行了吗?

可以,但是请注意,宇宙飞船末端的燃料箱,体积相当巨大,重量也是惊人,达到几百吨。二火箭上部搭载的人造卫星或载人飞船的重量,最多不会超过100吨。

再思考,

质量越轻,越容易发射。

要是能把整个宇宙飞船的重量减轻的话,对于发射非常有利。

不可能全减,那么,减少部分重量呢?特别是占比重较大的燃料的重量。

最容易的,就是减去已经燃尽的燃料箱的重量。燃料箱要金属制成,质量非常大。但是随着宇宙飞船的升空,燃料箱里一定越来越空,燃料燃尽后,空壳燃料箱基本没啥作用了,只会是飞船飞行的累赘。

没有用,还很重,怎么办?

都是,就是扔掉。

但是如果只有一个燃料箱的话,没办法扔啊。

经过科学计算,三个燃料箱最合适,燃烧完一个扔一个,燃烧完三个,宇宙飞船正好到达外太空。

齐奥尔可夫斯基

齐奥尔可夫斯基

三级式的火箭燃料助推器,是苏联齐奥尔可夫斯基提出的,不愧是宇宙航行之父,他小时候生病,几乎失去了听力,无法上学,15岁之前一直在家自学成才,向他致敬!

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