火箭和卫星的升空原理是什么?

如题所述

同学们,想知道火箭为何能升空吗?下面我们先从放“起花”说起。

每逢新春佳节,爆竹声声,锣鼓咚咚,到处是热闹欢乐的气氛。小朋友们除了放鞭炮之外,还喜欢放些“起花”。你看那“起花”,一经点燃,尾巴就喷出一般烟火,“嗤”的一声腾空而起,窜得很高。“起花”向后喷烟火的同时,本身却向前窜去,其中的奥秘在哪里?为了揭开这其中的奥秘,让我们先从下面的现象说起。

夏日里,在颐和园的昆明湖,在杭州的西湖或是在其他湖面上,我们经常可以看到,只只小船载着游客,轻轻掠过平静的湖面。有些喜欢游泳的人们,还会从小船上跃入水中,畅游一番。如果这时候你仔细观察一下小船,就会发现,在人向前跃入水中之时,小船正向后退去。原来,当人准备跃入水中游泳的时候,双腿弯曲,用劲向后蹬船板,船板给人一个向前的作用力。在这个向前的力的作用下,人产生向前的加速度,因而向前跃入水中。由牛顿第三定律知道,当船板给人一个向前的作用力的同时,人也给船一个向后的作用力,这个力就是人的双腿使劲向后蹬船板所造成的。船在这个向后的力的作用下,产生向后的加速度,因而向后退去。这就形成了人向前船向后的现象。当人跃入水中的速度越大,船后退的速度也越大。

这种现象是很普遍的。你用步枪射击的时候会感到,子弹向前射出的同时,枪托向后撞痛了你;炮兵演习的时候,你会观察到,炮弹从炮筒中向前飞去的同时,笨重的炮身向后退了一段距离……所有这些,都是两个依靠其间相互作用力而运动的物体,当一个向前,另一个必然向后。这种现象称为反冲现象。

我们设想一下,如果有一条小船,可容纳10位游客。这10个人将一个接一个地向前跃入水中畅游,那么小船将连续受到向后的作用力,连续获得向后的加速度,小船向反方向的运动将越来越快。

“起花”的上升实际与这种现象是一样的。“起花”原来是静止的,当点火之后,里面的燃料急剧燃烧,产生的大量气体不能向其他方向逃逸,因此只能从“起花”尾部的小孔,沿同一个方向,以极大的速度喷出。难道这个现象不像游船上的人们,不断向同一个方向跃入水中吗?正是同一个道理,“起花”腾空而起了。

你们可能很难想到,人类飞往宇宙空间所使用的交通工具——火箭,它运行的道理竟然和小小的玩意——“起花”毫无区别!只不过,它们的形状、结构及使用的燃料不同罢了。

要使物体绕地球飞行而不落回地面,必须让这个物体具有7.9千米/秒的高速度,即达到所谓的“第一宇宙速度”。地球的伙伴——人造地球卫星就必须具有这个速度。人们就是依靠火箭将地球卫星送上轨道,使它与地球结伴。然而,只靠一只火箭是不可能使卫星得到不落回地面的速度的。为此,人们将几个火箭首尾相接起来,组成“多级火箭”,用它来送卫星和其他的人造天体上天。发射时候,先点燃第一级火箭,当它的燃料烧完了,便自动脱落;第二级继续燃烧,又脱落……就这样,每一级的燃料燃烧,就推动着卫星,每一级的脱落又减轻了整个火箭的重量。卫星随着一级一级地加速,终于获得一定的速度。当到达了预定的轨道时,多级火箭完成了自己的使命。卫星被弹入轨道。

多级火箭这个“多”是要有限制的,因为火箭的级越多,制造越繁杂,重量越大,发射时需要的推动力也越大。人造地球卫星通常是用三级火箭来发射的。

1957年10月,人类用火箭发射了第一颗人造地球卫星。到目前为止,人类不仅发射了人造地球卫星,还向太空发射了多种人造天体。其数量之多,达到几千颗,在这其中,我国的卫星也在运行!1961年4月,人类首次派宇航员进入广阔无垠的宇宙空间,去考察这茫茫宇宙,去考察这神秘而寂静的未知世界。20世纪60年代末期,人类不仅飞出了地球,而且踏上了月球。啊,这里既没有巍峨的广寒宫,也没有人类的朋友……人类并不满足于此,因为在茫茫宇宙中,到月球去,就好比是从屋里到了门口。

20世纪60年代以来,人类不断发射无人的行星探测器,飞往太阳系中离地球最近的两个行星——金星和火星,进行探索。1977年,两颗“海盗号”火星探测器在火星表面轻轻地降落了,想寻找火星上的生命,找个“知音”。然而,使我们扫兴的是,在火星上尚未发现生命存在的痕迹。还有两颗“旅行者”宇宙探测器,它们被派往木星、天王星和冥王星进行考察,到1989年左右,它们将穿越太阳系的边界,到那广阔无垠的银河系空间。或许,在那里,它们能进入另一个文明世界。人们给自己的特使——探测器带着一套“地球之音”的信息,希望借“旅行者”送给那里高智慧的“朋友”。真到那时,人类便在茫茫的银河系中找到了“知音”。这是多么美好的愿望。这美好愿望的实现,都离不开火箭。

说起来,我国还是火箭的祖国呢!原始的火箭大约出现在我国南宋时代(1127年—1279年)。那是在箭杆的前部绑上一个装火药的圆筒的箭;或者说,相当于流传到今天的起花前头装一个箭头。别看它不起眼,它是我们的祖先对世界科技伟大的贡献之一。当今最先进的火箭都是从它发展来的。

知识点宇宙速度

所谓宇宙速度就是从地球表面发射飞行器,飞行器环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小速度,分别称为第一、第二、第三宇宙速度。第一宇宙速度大约为7.9千米/秒。物体在获得这一水平方向的速度以后,不需要再加动力就可以环绕地球运动。

地球上的物体要脱离地球引力成为环绕太阳运动的人造行星,需要的最小速度是第二宇宙速度。第二宇宙速度为11.2千米/秒,是第一宇宙速度的根号2倍。地面物体获得这样的速度即能沿一条抛物线轨道脱离地球。

地球上物体飞出太阳系相对地心最小速度称为第三宇宙速度,它的大小为16.6千米/秒。地面上的物体在充分利用地球公转速度情况下再获得这一速度后可沿双曲线轨道飞离地球。当它到达距地心93万千米处,便被认为已经脱离地球引力,以后就在太阳引力作用下运动。这个物体相对太阳的轨道是一条抛物线,最后会脱离太阳引力场飞出太阳系。

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第1个回答  2022-07-15
利用动量守恒定律。
火箭在飞行时,燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧,背着飞行方向不断地喷出大量速度很大的气体,使火箭在飞行方向上获取很大的动量,从而获得巨大的前进速度。如果飞行的宇宙飞船减速或着陆时,则向其前方喷气使其减速。它不依靠空气的作用,所以可以在空气稀薄的高空或宇宙空间飞行。
在现实生活中,我们经常会看到这样的现象,一个充足气的气球拿在手上,突然放手时气体会从气球中喷出来,这时气球就向着相反的方向飞出去,这种运动遵循动量守恒定律,在物理上我们称作为反冲。随着科技的不断发展,科学家们已经发明制造了各种型号的火箭,这些火箭内部构造互不相同而且都相当复杂。