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航天发展简史①去太空!火箭靠什么飞上天?

来源:科普中国-军事科技前沿2021-07-15 10:04

  “地球是人类的摇篮,但人类不会只生活在摇篮里,而将不断探索新的天体和空间。有一天我们一定会脱离引力的束缚,成功飞往太空。然后,我们会一步步地征服整个太阳系,并在其他星球开辟新的家园”

  ——康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(1875-1935)

航天发展简史①去太空!火箭靠什么飞上天?

  上世纪初,莱特兄弟发明飞机,实现了人类在空中飞翔的梦想。但是,飞机可以在大气层中飞行,却不能飞到大气层外,我们只有使用火箭发动机,才能将人类送上大气层以上的外太空。

  航空和航天最大的区别就是使用的发动机不同,航空使用航空发动机,航天使用火箭发动机。航空发动机,自身只需要携带燃料,通过燃料和空气中的氧气进行化学反应,产生的能量就可以推动螺旋桨或喷气发动机,实现大推力,在天空中飞翔。

航天发展简史①去太空!火箭靠什么飞上天?

  随着大气层高度的增加,空气密度越来越低,外太空没有氧气供发动机使用。所以,火箭发动机除了使用燃料外,它自身还携带了氧化剂,不依赖于大气层中的氧气就可以实现独立飞行,这是进入太空的基本条件。

  火箭起源于中国,古代黑火药是由木炭、硫磺和硝酸钾组成。木炭和硫磺承担了燃料的角色,硝酸钾则提供了作为氧化剂的功能。

航天发展简史①去太空!火箭靠什么飞上天?

  明朝时期的一位官员万户,试图将自己绑在椅子上,在椅子上也绑了多个火箭,想要飞上天空,虽然这些火箭将他炸得粉身碎骨,但是他成为人类第一位尝试利用火箭飞上天空的先驱。因此,月球背面的一座环形山也以万户的名字来命名,也成为中国的骄傲。

航天发展简史①去太空!火箭靠什么飞上天?

  上世纪初,俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基,提出了利用运载火箭将人类送上比大气层更高的外太空。火箭工程上广泛使用的齐奥尔科夫斯基公式,也是由他提出的。

航天发展简史①去太空!火箭靠什么飞上天?

  我们知道,从地球飞入外太空,要达到环绕地球的第一宇宙速度,约7.8公里每秒。再加上地球有稠密的大气层,所以我们要飞到它100-200公里以上,才能进行绕地飞行。因此,一般来讲火箭的速度要达到9.5公里每秒,称之为速度增量,才能实现进入太空并绕地运行。

  那么,如此之高的速度,即便目前人类的科学技术也很难达到,康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基为了解决这个问题,提出了利用多级火箭的设想。也就是,在第一级运载火箭的推进剂消耗殆尽以后,将这级火箭抛掉,第二级火箭继续工作,每一级火箭用完了以后依次抛掉。因此,火箭质量改变,火箭就可以不断地加速,最终实现高速度。因此,利用多级火箭进入外太空,实现环绕地球运行。

  在齐奥尔科夫斯基后,德国奥伯特以及美国戈达德等人,发明了人类第一种液体火箭发动机,这些先期的工作为人类进入太空奠定了基础。

 

  专家简介

  杨宇光,中国航天科工集团二院研究员,国际宇航联空间运输委员会副主席。

 

  出     品:中国科协 光明网

  监     制:战 钊

  策     划:宋雅娟

  科学顾问:杨宇光

  编     导:宋雅娟 武玥彤

  摄     像:肖春芳

  后期制作:光明网科普事业部

[ 责编:张蕃 ]
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