|为什么火箭都是竖着发射?其实也有横着发射的火箭!


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10月16日 , 搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭 , 在酒泉卫星发射中心发射成功 。 无论是卫星也好、空间站也好 , 它们在太空中绕着地球飞行的时候 , 运动方向都是平行于地表的 。 换言之 , 它们在太空中都是沿着地面“横着”飞 。 可是我们在看火箭发射的时候 , 火箭都是竖着发射 , 等到了太空中再调整方向横着飞 。 为什么火箭不能一开始就横着发射呢?

牛顿大炮
横着发射火箭不是没有理论依据 。 大名鼎鼎的物理学家牛顿就曾经做过一个设想:如果在山上架起一门大炮 , 然后平行于地球表面发射炮弹 , 只要炮弹的速度足够大 , 这枚炮弹就能像卫星一样一直环绕地球飞行而永不掉落 。 牛顿也据此也算出了卫星飞行的最小速度 , 也就是所谓的第一宇宙速度 。 但是事实上 , 火箭不能横着发射主要受限于两个问题 , 一是空气阻力 , 二是火箭结构 。
空气阻力
空气阻力的威力有多大呢?很多人知道 , 空气的阻力与速度的平方成正比 。 当我们驾驶一辆汽车在高速公路上以120码的速度行驶时 , 我们汽车80%的油量都用于克服空气阻力了 。 如果汽车的速度达到160码时 , 这一比例能达到95% 。
而火箭的速度差不多是汽车的200多倍 , 所以当火箭在大气层中飞行时 , 空气阻力对火箭能量的消耗相当惊人 。 为了减少火箭的能量消耗 , 我们就必须减少火箭在大气层中的飞行时间 。 显然火箭竖着飞能更快地飞出大气层 。
火箭结构
除了空气阻力外 , 火箭的箭体结构也是一个问题 。 我们知道 , 越细长的东西越容易断 。 火箭的长度非常长 , 质量巨大 , 如果横着发射 , 重力会作用于火箭的侧面 。 这样的飞行极不稳定 , 而且火箭的强度也可能承受不了 。
横着发射的火箭
聪明的读者可能会想:既然大气层的空气阻力与巨大的火箭尺寸导致火箭不能横着发射 , 如果在大气稀薄的地方 , 发射小尺寸的火箭 , 是否就可以横着发射火箭了呢?
答案是肯定的 。 美国的轨道科学公司就发明了一种飞马座的火箭 。 它的尺寸很小 , 可以先由飞机送往大气稀薄的地方 , 然后像飞机发射导弹一样 , 在飞机上横着发射 , 最终将卫星送往太空 。
这种火箭有很多优点 。 首先 , 它在大气稀薄的地方发射 , 不用担心空气阻力 , 能量消耗少 。 其次 , 它可以利用飞机初速度 , 发射更为方便;第三 , 它不需要巨大的发射场 , 可随时由飞机运送发射;最后 , 这种火箭也更为安全 , 因为飞机可以把它运到太平洋上空发射 , 即使发射失败 , 也不用担心火箭会砸到人 。
当然这种火箭也是有它的硬伤 , 一是在飞机上发射火箭 , 这对于飞机和火箭在飞行时的稳定性要求非常高 , 技术难度极大;二是这样的火箭尺寸小 , 运载能力有限 , 只能发射小型卫星 。
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