十萬個為什麼：為什麼火箭會有這麼大的「力氣」？

1960年11月5日，我國自製的第一枚短程火箭發射成功，這正好是在蘇聯專家撤走後的第83天。今天就來聊聊火箭，你可了解火箭為什麼有很大的力氣？

在發射"神舟九號"的電視直播中，大家肯定注意到，隨著"點火"口令下達，發動機會發出震耳欲聾的聲音，推舉總質量為480噸的火箭和飛船組合體冉冉上升。為什麼火箭會有這麼大的"力氣"？

"長征二號F"火箭點火時，一級火箭和4個助推器的8台煤油液氧YF-100型發動機同時工作，每台發動機的推力是75噸，加在一起600噸。這麼大的推力能把重達480噸的火箭抬起推向太空。

火箭飛行速度取決於火箭發動機的噴氣速度和火箭的質量比。發動機的噴氣速度越大，火箭飛行的速度越快；火箭的質量比越大，火箭飛行能達到的速度就越大。其中，火箭發動機的噴氣速度，由發動機的設計水平和推進劑的比衝決定。發動機的設計水平越高，所獲得的能量效率越高，火箭發動機的噴氣速度越大。推進劑的比沖越高，發動機的噴氣速度就越大。火箭的質量比是火箭起飛時的質量（含推進劑）與發動機關機（熄火）時刻的火箭質量（推進劑燃燒盡）之比。質量比越大，火箭的結構質量就越小，所攜帶的推進劑越多。

"土星 5 號"運載火箭的發動機

隨著推進劑質量的減少、助推器和各級火箭的脫落，火箭質量越來越小，速度越來越快，最終，載荷被送入預定軌道。

當第一級火箭的發動機點燃後，火箭就開始脫離發射架上升。幾秒後，火箭完全通過發射塔。在離開地面後的幾秒內，火箭一直保持垂直飛行。之後，為了保證按合適的方位飛行，發動機噴管的萬向節按預定程序旋轉，產生橫向推力，使火箭從垂直角度稍微傾斜，但基本還是垂直向上飛行的。火箭一開始的加速過程不十分明顯，因為整個火箭的質量大得驚人。在第一級推進劑燒完時，重力使火箭緩慢地從微傾斜角度轉入水平方向的飛行。這一過程被稱為"重力轉彎"，幫助火箭從以上升為主轉向向前推進，以提高所需的速度。

第一級火箭的推進劑燒完後，爆炸螺栓使其與火箭的其餘部分分離。這時，第二級火箭開始點火，繼續加速飛行。此時，火箭已飛行2～3分鐘。因為火箭卸掉了第一級火箭的結構和推進劑，質量大大減輕，所以即使第二級火箭產生的推力不如第一級大，火箭加速也要比先前快很多。在高度達到150～200千米時，火箭已飛出稠密大氣層，有效載荷不再需要整流罩來防護空氣動力的作用，按預定程序拋掉整流罩，進一步減輕火箭發動機加速的質量負擔。

有些火箭的第二級推進劑，常常在火箭快接近軌道速度時燃燒完畢，爆炸螺栓使第二級火箭與有效載荷分離。這時，有效載荷上的推力器將把它送入最終的軌道。同時，第二級火箭落入大氣層。最終，靠空氣摩擦使它燃燒，變成灰燼。這樣的處理方式，可以避免使第二級火箭的空殼留在太空，成為太空垃圾。如果這些垃圾不巧進入某個衛星的軌道，那將是極大的威脅。

對於低軌道（通常指300千米的高度或更低）的航天器而言，這時火箭就完成了運送任務。但對於發射軌道高度在1000千米以上的航天器或發射行星際探測器，還需要有第三級火箭。在第二級火箭脫離後，火箭在地球引力作用下，開始進入航天技術中稱為慣性飛行段的過程，一直到與預定軌道相切的位置。稍後，第三級火箭發動，進入最後加速段飛行，當加速到預定速度時，第三級火箭發動機關機，有效載荷與火箭分離，進入最後的、較高的軌道，或者前往另一行星的軌道。

美國正在研製的新一代運載火箭"戰神"示意圖

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