为什么火箭都是竖着发射?其实也有横着发射的火箭
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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