初学者入门:火箭科学姿势问答 火学笔顺怎么写
你有没有想过,何故火箭能像窜天猴一样“嗖”地一声冲出地球,甚至飞到月球、火星那么远的地方?它们是如何做到的?何故不会中途掉下来?如果这些难题让你挠头,别慌!今天大家就用大白话,把那些听起来高深的火箭科学掰开揉碎,聊个明白。
火箭是如何飞起来的?先搞懂“反影响力”
想象一下,你坐在壹个带轮子的椅子上,手里抱着一块大石头。如果突然把石头使劲往后扔,会发生啥子?对了,你会连人带椅子往前滑!这就是牛顿第三定律的“魔力”——影响力和反影响力。火箭飞行的原理和这个例子一致无二。
火箭发动机燃烧燃料,产生高温高压的气体,接着从尾巴的喷口“喷”出去。这些气体往下冲,火箭就被反影响力推着往上跑。说白了,火箭是自己“踹”空气(或者真空)一脚,把自己顶上去的。太空里几乎没有空气,因此火箭必须自带燃料和氧化剂,完全靠自己喷气推进。
火箭燃料:烧的是啥?何故选它?
你也许听说过“液氧液氢”或者“煤油”这些词,它们都是火箭燃料的常见类型。但何故不用汽油或者酒精?这里有多少决定因素点:
1. 能量密度要高:同样重量的燃料,能释放的能量越多越好。比如液氢燃烧产生的能量是煤油的好几倍。
2. 容易储存和处理:液氢虽然能量高,但温度得保持在-253℃,不然就蒸发了,因此技术难度大。煤油在常温下是液体,用起来方便。
3. 环保和安全:有些燃料燃烧后会产生有毒物质,比如早期的某些火箭燃料含肼(zhà),现在逐渐被淘汰。
目前SpaceX的猎鹰9号用的是煤油+液氧,而蓝色起源的火箭偏 ㊙️㊙️㊙️ 氢液氧组合。各有各的优缺点,说白了就是“鱼和熊掌”的难题。
火箭结构:不就是个大铁罐子吗?
从外面看,火箭确实像个竖起来的巨型易拉罐,但内部可复杂多了!咱们拆开来看:
对了,火箭外壳看起来光滑,其实表面覆盖着隔热材料,不然高速飞行时和空气摩擦产生的高温会直接把它烧化。
火箭发射:何故非要垂直往上冲?
如果你玩过纸飞机,就了解平着飞比竖着飞容易。但火箭偏偏要“头铁”垂直升空,这是为啥?
1. 对抗地球引力:地球重力像一只无形的手,死死拽着火箭。垂直起飞能更快速度冲出大气层,减少燃料消耗。
2. 避开稠密大气层:低空空气阻力大,火箭如果斜着飞,就像逆风骑车,白白浪费能量。
3. 方便控制路线:垂直起飞后,火箭会逐渐倾斜,靠导航体系调整角度,最后进入绕地球的轨道。
垂直发射也有风险——万一发动机熄火,火箭也许直接摔回地面。因此发射前得做无数次测试,确保每个环节都靠谱。
新人必问:多少核心难题自问自答
Q:火箭飞那么快,何故不会被空气阻力撕碎?
A:两个秘籍:外形设计和材料。火箭头部是尖的,减少空气阻力;外壳用轻但坚固的铝合金或复合材料,再加上隔热层,就像穿了“防弹衣”。
Q:何故火箭要分“级”?一节一节掉下来不浪费吗?
A:分级是为了“减重”。假设你背着一书包砖头爬山,爬到一半扔掉几块,是不是轻松多了?火箭也一样:其中一个节燃料用完后就脱离,剩下部分继续飞,这样效率更高。不过现在SpaceX搞出了可回收火箭,掉下来的其中一个节还能重复用,省钱!
Q:火箭如何在太空里转给?又没有路线盘!
A:靠的是喷口摆动和小型推进器。主发动机的喷口可以左右倾斜,改变推力路线;或者点燃侧面的小推进器,像划船时左右划桨一样调整姿态。
Q:听说火箭发射窗口“有时限”,有失就得等好几天?
A:没错!比如发射火星探测器,地球和火星的位置每26个月才接近一次。这时候发射最省燃料,就像等公交车,有失一班得等很久。
小编见解
火箭科学听起来遥不可及,但其实很多原理就藏在生活常识里。下次再看到火箭发射直播,不妨多留意它的起飞角度、分级脱落瞬间,或者回收着陆的“芭蕾舞动作”——这些细节背后,全是科学家和工程师们几十年的聪明。也许有一天,你也能用自己的姿势,解释清楚何故人类能跨越重力,触摸星辰。