
在太空中,火箭放大,沒有空氣可推動。他們的秘密是什麼?
事實證明,電動火箭的發動機與動力飛機或其他基於地球設備的發動機不同。火箭發動機將所需的一切都帶入太空,而不是依靠空氣。
像塵世引擎一樣,火箭發動機使用燃燒運行。由於所有形式的燃燒都需要氧氣,因此火箭攜帶氧化劑,例如液體氧氣,直至與空間。這意味著他們不必像汽車發動機那樣依靠周圍的空氣。
“然後,火箭仍然有燃料,無論是煤油,甲烷還是液體氫,都會產生反應,”渥太華加拿大航空和太空博物館的科學顧問卡桑德拉·馬里恩(Cassandra Marion)告訴Live Science。
有關的:宇宙旋轉嗎?
她解釋說,火箭的設計包括一個燃燒室,氧化劑和燃料反應,然後是燃燒產物出現的噴嘴。
馬里恩說:“燃燒引起的爆炸將產生非常熱的氣體,這些氣體被火箭的底部驅逐出去。” “如果您將足夠的力推向火箭的底部,反應是火箭在相反的方向上的運動。”
這是對艾薩克·牛頓的第三運動定律。我們經常說,每個動作都會產生平等和相反的反應,儘管這並不完全是牛頓所說的。
1766年的拉丁語的一份較舊的英語翻譯自然哲學的數學原理(第1卷)“描述這一法律:“對每一個行動,總是反對同等的反應:或兩個彼此之間的相互作用始終是平等的,並指向相反的部分。 ”
換句話說,火箭在力量中工作。有時,力量不平衡,我們將其視為火箭的加速度將其惰性的身體向上推入太空。但是,有時力量是平衡的,例如一本躺在桌子上的書(或在發射台上等待升空的火箭)。
“根據第三定律,該桌子與本書相同和相反的力量。這種力是因為本書的重量使桌子略微變形,因此它像盤繞的彈簧一樣將書本推回本書上,”大不列顛寫道。
運動規則還必須考慮到軌道力學。像大行星一樣地球簡而言之,每個可能的高度都具有與之相關的特定速度。
軌道的最高點是根尖的,最低點是apoapsis。作為美國國家航空航天局解釋說在Apoapsis時,火箭只能通過打開發動機(或以其他方式增加能量)來增加其根源。或者,如果火箭想要降低其高度,則需要在細胞症上去除能量(打開引擎)。
地球的大氣充當了航天器和國際空間站,迫使他們定期發射火箭發動機,以防止落回地球。因此,除了最高的地球軌道外,整個任務必須攜帶足夠的燃料,以防止這種“倒退”的發生。
馬里恩說:“根據火箭的大小,燃料的類型以及增加了火箭質量的所有東西,有非常精確的測量值,這些燃料要在火箭中投入多少燃料。”設計師還必須考慮到牛頓的第二定律。對其進行改造的一種方法:應用於對象的力使它們加速,加速度取決於對象的質量。
因此,在將工藝品送入軌道之前,設計師必須考慮火箭的特定衝動。這是對火箭燃料效率效率的量度,以燃燒的燃料量的推力量,NASA說。 “特定的衝動越高,每磅燃料獲得的'推開'墊越多,”該機構額外。
在火箭中添加更多的燃料並不總是能解決軌道問題的解決方案。那是因為更多的燃料意味著更多的質量,這增加了任務的成本,因為它需要更多的精力來推動航天器和火箭發射台上。
該機構稱,NASA經常使用液體氫和液體氧,因為該組合會提供任何常用的火箭燃料的最高特異性衝動。但是,氫的密度如此之高,以至於自行使用推進劑是不切實際的:坦克“太大,太重,太重,太多的隔熱材料保護了低溫推進劑,無法實用”。
這就是為什麼許多發射火箭任務都需要助推器的原因。今天的一個例子是NASA的太空發射系統,旨在使用兩個助推器的月球任務的深空火箭。助推器一起交付佔總推力的75%需要將SLS從地面上降下。
對於更遙遠的目的地,太空機構變得有創造力。為了節省金錢,拍攝遠處的行星,例如木星,一些航天器鞭子圍繞一個星球(例如,金星)並使用重力為了提高速度。這縮短了到達其他目的地所需的時間,並且需要火箭攜帶的燃料少於走這麼遠所需的燃料。
最初發表在現場科學上。