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为什么火箭是垂直向上飞的?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-07-01 09:00:29

有些火箭并不是垂直向上飞行的,例如,空空导弹从战斗机机翼下方的发射点到目的地(被击中的敌机)的飞行路径可能基本是水平的。让我们假设你在谈论的是发射有效载荷进入轨道的火箭。

火箭进入轨道所需要做的主要事情是达到轨道速度,也就是说,速度快到足以超过亚轨道弹道路径,这条路径可能会使火箭直冲云霄,但最终会在没有完成一圈地球轨道的情况下返回地面。这就是洲际弹道导弹(icbm)的工作方式。

轨道速度取决于轨道的高度。轨道离地球表面越低,物体要保持在轨道上的速度就越快。因此,火箭要想让其有效载荷进入更高、更慢、更有效的轨道,就需要尽可能快地到达这个高度。上升最快的方法就是直起身子。

为了达到这个高度和速度,火箭必须克服重力。如果火箭的推力是重力加速度的几倍(重力将火箭拉向相反的方向),那么在垂直的方向上,这并不太难。如果火箭从一开始就以倾斜的(角度)路径穿过大气层,它将需要使用一些推力来向前推进,这在试图达到轨道高度和速度方面还没有特别的用处。然而,当火箭准备进入轨道时,它最终会开始遵循弹道路径;也就是说,它的路径是一条曲线,一条抛物线。理想情况下,一个经过精心计算的轨道进入将使火箭的亚轨道弹道路径倾斜到刚好合适的程度,届时它的速度足以保持轨道在所需的高度,从而使它按计划顺利进入轨道。

这是一张典型的,正常的美国航天飞机发射剖面图:

为什么火箭是垂直向上飞的

实际上,对于大型轨道飞行器来说垂直发射剖面还有另一个结构上的原因,除了这是快速到达轨道高度的最省油的方法之外;火箭,尤其是多级轨道火箭,在垂直方向(相对于飞行路径)可以承受高g压力,但在其他方向就不太能承受了。这个东西非常巨大,它的各个阶段是由几个爆炸螺栓连接在一起的。试图以一个很浅的角度飞行,直到它到达轨道高度(a)似乎需要永远的时间,(B)给结构带来不必要的压力,大量的相对重力矢量向侧面拉着阶段结构,可能会在设计师有意将阶段分解之前将其分解。当火箭在接近轨道时与地球表面倾斜到如此倾斜的角度时,它已经停止了助推器和主发动机的燃烧,并在弹道路径上滑行,因此飞行器(及其内容物)从那时起一直处于失重状态(不是失重,这是一个不同的事情),直到进入轨道后再进入减速。
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