為什么火箭是沿著彎曲的軌跡升空?

你注意到有關火箭升空路徑的一個有趣的現象嗎:火箭是沿著彎曲的軌跡升上天空, 而并非是直線 。 這張圖并不是錯誤的, 相同的事情發生在火箭發射的每一個圖片和視頻中 。 這看起來似乎沒有道理啊, 火箭不是要升入天空嗎?所以為什么不是直線上升, 而是沿著一條拋物線呢?直線上升不是會更快到達嗎?——這應該有某種原因, 因為火箭科學家可是相當聰明的 。
簡短地說:因為火箭想使用盡可能少的燃料進入地球軌道 。
為什么火箭垂直發射?
在空間技術的背景下, 火箭是可以將人和物品送入太空的交通工具 。 理論上, 它可以像一架飛機從跑道起飛, 但這將需要改變許多當前的火箭設計, 這種做法相當不經濟 。

為什么火箭是沿著彎曲的軌跡升空?



火箭擁有強大的發動機, 使其具有巨大的向上推力, 從而火箭能垂直起飛 。 發射后, 火箭的爬升開始比較緩慢;但在爬升第一分鐘之后, 火箭速度達到驚人的1609公里/小時 。
在空中飛行時, 火箭由于空氣阻力而失去了大量的能量, 并且需要確保在其大部分燃料用盡時達到足夠高的高度 。 這就是為什么火箭最初飛得很快, 因為它需要在盡可能小的距離內穿過大氣層最厚的部分 。
為什么發射后火箭改變軌跡角度?
關于火箭軌跡的許多誤解源自一個共同的假設:火箭只是想擺脫地球的引力并到達“太空”——雖然這在技術上并非錯誤, 但這不夠明確 。
【為什么火箭是沿著彎曲的軌跡升空?】首先, 你應該明白, 太空并不是很遠 。 如果你在高于地球上方100公里的地方飛行, 那就已經是“在太空”了 。 如果你的飛行高度超過80公里, 你就會獲得“宇航員”的稱號 。 跳傘運動員費利克斯·鮑姆加特納(他擁有不用藥物輔助、最高的垂直自由跳傘的記錄)以 “太空跳躍”而著名, 即使他只是從39公里的高度跳躍 。
為什么火箭是沿著彎曲的軌跡升空?



因此, 火箭并非只想到達“太空”火箭真正想做的是進入地球的“軌道”, 實際上它們可以使用更少的燃料 。
讓火箭進入軌道
大多數火箭的主要目標是到達地球的軌道, 并停留在那里 。 在地球的軌道上, 地球引力足夠高到使火箭不會漂到外太空 。 并且地球引力也足夠低, 使得火箭不必消耗大量的燃料 。
為了進入軌道, 火箭升空后開始傾斜, 并逐漸增加這個傾斜角度, 直到它到達繞行地球的橢圓軌道 。 話雖如此, 達到一個合適的軌道是不容易的, 要以犧牲大量燃料為代價, 獲得令人難以置信的水平速度——28968公里/小時(約每秒8公里) 。 這種優化航天器的軌跡, 以使其獲得所需軌跡的技術稱為重力轉彎或零升力轉彎 。
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這種技術提供了兩個主要的好處:第一, 它使火箭在其上升的早期階段保持非常低的或甚至零迎角, 這意味著火箭經受更少的空氣動力學阻力 。 另一個好處是, 它使火箭使用地球的重力, 而不是自己的燃料, 改變其方向 。 火箭因此節省的燃料可用于水平加速, 以達到高速, 并且更容易進入軌道 。
簡而言之, 如果想要進入地球軌道, 火箭必須在發射后將其軌跡彎曲 。 如果火箭不這樣做, 而是繼續垂直上升, 它將會到達一定高度后耗盡燃料, 而且很有可能最終像石頭一樣落回地球 。
文章首發:怪羅網


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