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【航天知识】火箭到底能飞多快?

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[摘要]我们知道第一宇宙速度是指地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初速度,大约7.9千米/秒。那么这个速度究竟有多快,有哪些因素影响火箭的速度呢?

生活中,人们常用“火箭速度”来形容速度快,但是你知道火箭的飞行速度究竟有多快吗?又是什么因素影响火箭的飞行速度呢?据了解,发射不同的目标轨道,火箭的飞行速度是不一样的。
一般来说,发射高度500公里的太阳同步轨道,火箭入轨时速度为7.6千米/秒;发射地球同步转移轨道,火箭入轨时速度可以达到10.1千米/秒;而发射地月转移轨道,火箭入轨时速度甚至可达10.8千米/秒。
只看数字可能不能直观感受这样的速度究竟有多快,那么我们来举两个例子:
如果用出膛子弹的速度作比较,我国小口径自动步枪打出子弹的那一瞬间,速度为1千米/秒左右。也就是说,火箭最慢的飞行速度,至少是出膛子弹速度的7倍多。
如果用世界百米冠军博尔特的速度来比较,他百米最快的速度是9秒58,相当于每秒跑10米左右。这样算起来,火箭1秒钟飞行的距离,博尔特以最快的速度也要跑上17分钟。
火箭飞行速度取决于火箭发动机的推力和火箭的质量比。发动机的推力越大,火箭飞行的速度越快;火箭的质量比越大,火箭飞行能达到的速度越高。
火箭的质量比是火箭起飞时的质量(包括推进剂在内的质量)与发动机相关机(熄火)时刻的火箭质量(火箭的结构质量,即净重)之比。因此,质量比大,就意味着火箭的结构质量小,所携带的推进剂多。
火箭发动机推力取决于推进剂的性能和发动机的设计和水平。推进剂的能量越高,可获得的喷气速度越高;设计水平越高,所获得的能量效率越高。
在齐奥尔科夫斯基提出火箭公式的1903年,自然无从谈及火箭发动机的设计水平,就是公认的理想燃料液氢在当时也制造不出来。计算表明,用液氧、煤油等作推进剂,喷气速度也只能达到4.2千米/秒,其单级火箭还是无法达到约8千米/秒的第一宇宙速度。
因为考虑到空气阻力,从地面起飞的火箭,实际上应达到9.5千米/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。这比蛋清蛋黄占整枚鸡蛋的份量比还大,像软皮蛋一样单薄的火箭是造不出来的,即使造出来了也无法使用。
但是,科学的思想不应钻牛角尖,退一步或拐个弯就是海阔天空。齐奥尔科夫斯基正是这样,他设想用多级火箭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,总能达到所需要的宇宙速度。采用多级火箭发射航天器,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,是构筑宇宙航行大道石破天惊、振聋发聩的巨大里程碑。
当然,火箭的级数不可能无限制地增加,因为对下面一级火箭来说,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1份有效载荷,火箭需要增加10份以上的质量来承受,随着火箭级数的增加,最下面的一级和随后的几级变得越来越庞大,以致于无法起飞。因此,多级火箭一般不超过4级。

世界航天之父齐奥尔科夫斯基


1楼2015-12-16 13:15回复
    几大宇宙速度是发射速度,没有后续推力吗


    IP属地:福建来自iPhone客户端3楼2015-12-17 10:17
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      有个专有名词叫质推比,原来本吧有位火箭发动机的专业人士(现在跑了)介绍过。


      来自Android客户端4楼2015-12-17 10:18
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        变轨是需要推力的


        IP属地:天津来自Android客户端5楼2015-12-17 10:24
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          =,=…吃惊


          来自手机贴吧6楼2015-12-17 12:33
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            来自Android客户端7楼2015-12-17 14:46
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              狂顶


              IP属地:江西来自Android客户端9楼2015-12-17 15:08
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                IP属地:广东来自Android客户端14楼2015-12-17 22:57
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                  暖暖暖


                  来自Android客户端15楼2015-12-18 00:35
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                    裤子都脱了,就这些?


                    IP属地:辽宁来自Android客户端16楼2015-12-18 00:48
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                      这种火箭是初级火箭,还能说他火箭之父,这火箭的工作原理太简单,最好的火箭发动机用多种能量相互不段的变化来增加能量,是火箭达到最快速途。这火箭只有外星人飞蝶上才有。


                      来自Android客户端17楼2015-12-18 01:42
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                        然而瑟尔早就发明反重力飞船了 从地球到月球只要十分钟


                        IP属地:上海来自Android客户端18楼2015-12-18 13:40
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                          顶顶


                          IP属地:黑龙江来自Android客户端24楼2015-12-19 17:32
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                            真是见鬼什么情况


                            IP属地:上海来自Android客户端26楼2015-12-20 02:22
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