火箭必须知道知识
火箭飞行不依赖空气,飞机需要飞机靠空气与机翼作用产生升力,发动机也需要吸入空气,而火箭则是自己携带氧化剂,燃烧后屁股喷火把自己顶上去,无需吸入空气。真空中,火箭受到的空气阻力更低,反而飞得更自在。▍火箭不是一直开着发动机飞行例如,前往月球的飞船,通常只在几个关键阶段点火:· 起飞· 入轨· 地月转移· 轨道修正· 月球捕获或着陆绝大多数时间,发动机是处于关闭状态,航天器受引力束缚,沿计算好的轨道滑行。▍火箭的大部分重量其实都是燃料例如土星五号3000吨,真正送上月球的宇航员只有几十吨,约90%都是推进剂。火箭本身其实是一个装燃料的罐子。▍火箭里的液体会像水桶里的水一样晃当火箭转弯、加速或振动时,液体会在油箱中晃动,这叫推进剂晃动,它会改变质心位置、转动惯量、姿态动力学、控制系统稳定性等,因此,油箱内部经常设计防晃板。从控制理论上说,火箭不是单纯一个倒立摆,而是“刚体加多个液体振荡器”。▍火箭发射台下的大水,不主要为了灭火大型火箭发射时,发射台会喷大量水,很多人以为这是为了防火,而实际上,一个更重要的用途是吸收声能、抑制冲击波。火箭发动机产生的声压极其强烈,如不加控制,声波可能反射回来损坏火箭自身。所以发射台喷水系统,本质上也是一套声学保护系统。▍火箭尾部冒出的白烟,很多时候不是烟而是雾液氧、液氢等低温推进剂会让火箭周围空气冷却,空气中的水蒸气因此凝结成小液滴,从而形成白雾。▍火箭通常向东发射,不是因为习惯地球自西向东自转,在赤道附近,地面自转线速度大约为每秒465米,如果火箭向东发射,就可以免费获得一部分初速度,因此,靠近赤道的发射场,在某些轨道任务上有天然优势。但如果任务要求进入极轨道或逆行轨道,发射方向就会不同。▍航天器减速,反而可能进入更快的轨道轨道力学有一个非常反直觉的现象:航天器在轨道上朝运动反方向点火,速度短暂下降,进入更低的轨道。但平均运行速度反而更高。反过来,向前点火加速可以进入更高轨道,但高轨道平均运行速度却可能更低。因此,太空中的“加速”和“变快”不是一回事,想追上前方的飞船,有时必须先减速,进入低轨道,这可能是轨道力学中最反直觉的事实之一。▍在轨宇航员不是“没有重力”这也是很违反直觉的事实之一。空间站所在高度,地球引力仍然很强,约为地面的九成,远没有消失。宇航员之所以漂浮,是因为空间站和宇航员都在一起“自由下落”,恰好形成圆周运动,即引力都用来提供了向心力,因此支持力近似为0,体现为宇航员漂浮。
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