各种形状和大小的火箭仍然是人类进入太空的唯一方式,但你有没有停下来思考过它们实际上是如何工作的?在这篇文章中,我们的目标是阐明这些船只如何逃离地球大气层,冒险进入无限的太空领域。这些复杂的机器可能会使从地球表面起飞变得容易,但我们可以向你保证,这是一项艰巨的任务。以下是关于发射火箭离开地球进入太空的所有信息。
探索地球以外的宇宙一直是发明家和作家的梦想,但随着时间的推移和技术的进步,让人类离开地球的严峻挑战在20世纪初变得明显起来。气球飞行被用作测试地球大气层状况的早期实验,飞船越飞越高。人们发现,在海拔较高的地方,大气变薄的速度很快。这让科学家和工程师对“向上”旅行有了重要的了解,依靠取代周围空气或水等物质来推进的交通工具(如飞机和船只)背后的技术对这种应用毫无用处。
另一个巨大的问题是太空旅行,内燃机也将变得无用,因为它们依赖氧气和燃料的混合物来产生动力。这显然是不可能的,因为太空中没有空气。这就是火箭出现的原因。
火箭最初是作为战争武器或烟花而发明的,它们只沿一个方向产生一种力,称为推力。这是基于反应和作用的原理,在这种情况下,废气由不稳定的化学物质产生,并迅速穿过火箭后部。这导致火箭被推进向相反的方向,不管它周围是什么介质。
让火箭成功地从地球到太空(并有希望返回)的最后一个关键是在飞船上有一种被称为氧化剂的化学物质。这基本上取代了太空中缺乏的氧气,无论燃料是否在地球上,都可以持续燃烧。
作为第一批认真研究火箭的人之一(业余科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基)正确地指出,发射将是火箭面临的最大挑战。在这一点上,火箭拥有最大的重量(由它所需要的氧化剂和燃料组成)和最高水平的推力,使它离开地面。
当火箭开始起飞时,它立即开始通过排气来摆脱它的一些质量,由于重量减少了相同水平的推力,这对火箭产生了很大的影响。齐奥尔科夫斯基在他的时代设计了许多不同的火箭设计,最终得出的结论是,最好的火箭设计是具有几个不同“级”的垂直火箭。这些阶段包括火箭通过每个阶段,并在不耗尽燃料的情况下沿着特定的距离经过它,然后分离特定的组件并继续上升。这一原理至今仍被广泛使用,并帮助火箭在整个发射过程中始终只携带所需的确切重量。
推导出一个非常复杂的方程来解释火箭希望完成的任何特定机动所需的推力。这包括了所谓的“比冲量”——与燃料量相关的推力——这是任何火箭进入太空所需要的。
令人惊讶的是,许多卫星和宇宙飞船只运行到近地轨道(LEO),因为这些被选中的机器注定要完全离开地球,探索太阳系,需要更高的速度。这是为了能够达到“逃逸速度”所必需的,逃逸速度是指船只永远不会被重力拉回地球的速度。地球表面的逃逸速度为每秒6.9英里(11.2公里/秒),通常比在近地轨道中运行的物体快50%。
你对火箭有经验吗?你认为它们是人类居住在其他星球的关键吗?我们很乐意在下面的评论中听到你的想法!