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空间探索篇-设计原理

人们经常能在电视新闻上看到,随着地面控制中心的发射指令倒数到最后一秒,火箭点火脱离发射架腾空而起。

火箭的“腹中”装有液氢、液氧等高能推进剂做为燃料,燃料点着后产生大量热量,变成急剧膨胀的气体,气体从火箭尾部猛烈喷出,火箭便在气体喷发产生的反作用力下向前飞行了。

这一过程主要在火箭的发动机系统中完成,发动机的组在部分包括燃料室、喷管、涡轮泵和活门自动器。燃料室和喷管可使推进剂在室内燃料产生3000℃以上的高温和30~200个大气压的高气体,为了确保火箭安然无恙些结构均采用了高强度的耐热合金材料制造,并附有强冷却系统。

要达到至少7.9千米/秒的宇宙速度,火箭需要很大的推力。一般火箭燃气的喷射速度约为2千米/秒左右,当燃料重量是火箭净重的1.72倍时,火箭的最终速度等于气体的喷射速度。

如果要使火箭的速度加快至气体喷射速度的2到3倍,就要相应地增加燃料,但这样做就会增加火箭的负担。为解决这个问题,科学家设计了多级火箭,实行“接力推举”。

具体来说就是运载器起飞后,第一级火箭完成任务,燃料用尽,它就自动脱离运载器,与此同时启动第二级火箭。每一级里都有燃料,烧完一级就扔掉一级,这样火箭就可“轻装上阵”,越飞越轻,速度也越来越快。再加上高地球越来越远,地心引力和空气阻力都随之减小等因素,火箭便可以获得脱离地球的速度,遨游天际,直至把运载物顺利送入预定轨道。