在太空中,火箭在没有空气可以推动的情况下四处飞行。他们的秘密是什么?
从地球发射火箭,我们可以看到火箭尾部火焰燃烧,火箭发动机通过燃料燃烧产生动力,但是燃烧是需要氧气的,太空中没有氧气。
为火箭提供动力的发动机不同于为飞机或其他地球设备提供动力的发动机。火箭会携带像液氧这样的氧化剂进入太空。这意味着他们不必像汽车发动机那样依赖周围的空气。火箭在太空中的工作依赖燃烧和牛顿第三运动定律。
火箭的设计包括一个燃烧室,火箭的氧化剂和燃料在燃烧室发生反应,与燃烧室相连接的是一个喷嘴,燃烧产物从喷嘴处喷出。
燃烧引起的爆炸会产生非常热的气体,这些气体会从火箭底部排出,根据牛顿第三定律-如果你把足够的力推到火箭底部,反作用就是火箭向相反方向运动。
根据火箭的大小、燃料的类型以及火箭质量等条件,可以非常精确地测量要在火箭执行任务中放入多少燃料,根据牛顿第二定律:施加在物体上的力使它们产生加速度,加速度的大小取决于物体的质量。
因此,在将飞行器送入轨道之前,设计人员必须考虑火箭的比冲。比冲是衡量火箭燃料效率的指标,即每千克燃烧燃料量的推力。比冲越高,每千克燃料获得的‘推离垫’就越多。
给火箭更多的燃料意味着火箭自身会拥有更多的质量,无形中会增加了任务的成本,将航天器和火箭推离发射台的时候也需要更多的能量。
美国宇航局火箭的燃料经常使用液氢和液氧,因为这种组合提供了所有常用火箭燃料中最高的比冲。
发射火箭任务需要助推器的原因就是火箭在太空也需要燃烧产生的作用力。