火箭发射的原理是怎样的?

火箭发射的原理是怎样的?,第1张

火箭飞行不需依赖空气,它是靠尾部喷出气体所产生的反作用力前进的。空气反而成了它的大敌:会增加阻力,降低速度,并使它表面产生高温,甚至燃毁。所以要飞向宇宙,首先要解决火箭的耐高温问题,同时也应尽量缩短在大气中飞行的时间,因此但凡发射都是取垂直向上的姿势。

从牛顿时代,人们已经知道了“宇宙速度”。要叫火箭发射后不再落地,永远绕地球转动,V-2火箭的速度还远远不够,它至少要达到第一宇宙速度要求的79千米/秒。这个速度是声速的23倍。以这个速度,从南京到上海只需要39秒钟。科学家算出,要达到如此的速度,燃料的重量至少是空火箭的39倍。换句话说,如果一支火箭总重量为1吨,那么其中必须装975千克燃料,占975%,而火箭壳、燃料箱及其它一切装备一共只能有25千克。谁也没有本事造出这样的火箭。因为即使是碰不起的鸡蛋,1000千克中的蛋壳重量也重达110千克。何况为了飞得更远,最好能制成比例更小(如不是1:39而是1:50或更多)的火箭。

出路在哪儿?齐奥尔科夫斯基为我们找到了解决的办法——利用多级火箭!简单地说来,就是把燃料箱做成好几段,用完一段就丢一段,这可使燃料所占的比例大为减小,从而腾出比例来装载科学研究用的各种仪器设备。例如有一支三级火箭,它的第三级装着一个1吨重的负载物——人造卫星或宇宙飞船,那级火箭本身也重1吨,燃料为它们的3倍——6吨,那么,这第三级总重为8吨。再把这8吨看作第二级火箭的负载,也按1:8的比例,那么二、三两级总重为64吨。以此类推,再加上第一级,整个火箭重为64X8=512吨。这里,燃料总重438吨,占总重的855%。这个比例虽仍然很大,但比一级火箭要低得多了。

现在各国大多均采用这种三级火箭的方式:开始第一级点火,把飞船加速到一定速度,等它燃料烧完,这一级就自动脱离,同时第二级自动点火,使较轻的二级继续加速,最后它也完成自己的使命而脱离坠下,最后第三级火箭就可把较轻的人造卫星或宇宙飞船加快到所需的速度,并把它送入轨道。

现代火箭真是一个庞然大物。以美国火箭“土星5号”为例,它可把100多吨重的人造卫星或空间站送入绕地球的轨道,或者把近50吨的飞船送上月球。震惊世界的“阿波罗”登月飞船,“旅行者”行星探测器,均是由它一一送上天的。“土星5号”火箭本体长857米,如果连同顶上的“阿波罗”飞船,则高达1106米,与南京的金陵饭店相当。它的底部最大直径为13米,20个人手挽手也无法合围。它的主要部件不下200万个,整个火箭的总重量为2930吨,可与一列满载的列车相比拟。它的第一级高达42米,尾翼展开有18米,其重量约为2600吨,占总重的3/45台强大的发动机可以产生300多万千克的推动力,总功率达17560万马力,相当于50万辆大卡车的总和。其消耗也大得惊人:所装的2200吨燃料,可供12500辆卡车开1小时,可只能供它烧2分半钟。2分半钟后它自动脱下,这时火箭已升到60千米的高空,并达到了27千米/秒的速度。火箭第二级长25米,装有34万加仑(154万升)液态燃料,燃烧8分钟后,将末级火箭送到177千米高空,并加速到67千米/秒,然后脱下,同时长17米的第三级继续点火,把卫星或飞船送入预定的轨道。

10月5日:一枚俄罗斯联盟号火箭将与俄罗斯宇航员安东·什卡普列罗夫和两名俄罗斯太空游客(**导演克里姆·希潘科和女演员尤利娅·佩雷西尔德)一起将联盟号MS-19乘员舱发射到国际空间站,他们计划在太空中拍摄一部**。它将于美国东部夏令时上午4:55(格林威治标准时间0855)从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场发射升空

10月6日:新月在美国东部夏令时上午7:05(格林威治标准时间1105)到达

10月8日:10月6日至10日活跃的龙族流星雨将在夜间达到峰值。

10月9日:月亮和金星合相。新月将在金星北面经过约3度。日落后在西边地平线上寻找这对

10月14日:联盟号火箭将为OneWeb互联网 星座 发射36颗卫星进入轨道。这项名为OneWeb11的任务将从俄罗斯的沃斯托奇航天中心发射。

10月14日:月亮和土星会合。在傍晚的天空中,这颗凸出的月亮将向土星以南摆动约4度

10月15日:月亮和木星会合。在傍晚的天空中,这颗凸出的月亮将向木星以南摆动约4度

10月16日:美国宇航局将启动“露西”任务,研究特洛伊小行星。它将于美国东部夏令时上午5点34分(格林威治标准时间0934分)在佛罗里达州卡纳维拉尔角空间站的41号空间发射综合设施上,用联合发射联盟的阿特拉斯五号火箭发射升空

10月16日/17日:联盟MS-18号乘员舱将与俄罗斯宇航员奥列格·诺维茨基以及两名太空游客一起从国际空间站返回地球:俄罗斯**导演克里姆·希彭科和一名(尚未透露姓名)俄罗斯女演员,他们将于9月完成联盟MS-19任务,并计划在太空拍摄一部**。计划于美国东部时间10月16日晚上9:13(格林威治标准时间10月17日01:13)离港,机组人员将于10月17日上午12:36(格林威治标准时间4:36)左右在哈萨克斯坦着陆。

10月20日:10月的满月,被称为猎人满月,发生在美国东部时间上午10:57(格林威治标准时间1457)

10月21日:逐渐减弱的凸出的月亮和天王星将进行近距离接近,彼此相距不超过13度。天王星的亮度为57级,在黑暗的天空下,它可能足够明亮,可以用肉眼看到。

10月21日:韩国将发射名为“Nuri”的新型韩国空间运载火箭2号(KSLV-2),这是它在奈罗航天中心的首次轨道发射尝试,携带一个虚拟有效载荷。

10月21日至22日:一年一度的猎户座流星雨持续一个月,在夜间达到峰值。

10月22日:阿丽亚娜空间将使用阿丽亚娜5号ECA火箭从法属圭亚那库鲁附近的圭亚那空间中心发射SES 17和锡拉丘兹4A通信卫星。

10月24日:水星向西延伸最大。这颗最里面的行星将达到与太阳最大的西面分离,明亮地闪耀着06级的光芒。在日出前不久,在东方地平线上捕捉这颗难以捉摸的行星。第二天(10月25日)水星将在早晨的天空中达到最高点。

10月24日:日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)将使用H-2A火箭发射该国准天顶卫星系统(一种区域GPS系统)的替代卫星。这颗被称为QZS1R的卫星将在美国东部夏令时晚上10点(格林威治标准时间10月25日凌晨2点)开放的一小时发射窗口内从种子岛航天中心发射升空。

10月28日:俄罗斯联盟号火箭将向国际空间站发射进步79号货物再补给飞船。它将从哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心升空。

10月30日:一枚SpaceX Falcon 9火箭将发射一艘Crew Dragon航天器执行Crew-3任务,这是宇航员第三次飞往国际空间站。机上将有美国宇航局宇航员拉贾·查里和托马斯·马什本,以及欧洲航天局宇航员马蒂亚斯·莫雷尔。(第四名机组成员尚未宣布)。它将从佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心的39A发射场升空。

还计划于10月发射(从现在的太空飞行开始):

中国将在神舟13号任务中向中国空间站发射三名宇航员,神舟13号将在戈壁沙漠的酒泉卫星发射中心用长征2F火箭发射。

一枚SpaceX猎鹰重型火箭将为美国空军发射USSF 44任务。该任务将从佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心发射,预计将向地球同步轨道部署两个未公开的有效载荷。

SpaceX Falcon 9火箭将为该公司的Starlink宽带互联网 星座 发射51颗卫星。它将从位于加利福尼亚州范登堡空间站的第四发射场发射。

火箭实验室将使用电子火箭为总部位于西雅图的BlackSky Global公司计划的 星座 发射两颗地球观测卫星。这项被称为“初识之爱”的任务将从新西兰的马希亚半岛起飞。这将是火箭实验室计划在不早于10月发射的连续三次BlackSky发射中的第一次。

十一月

11月2日至3日:一年一度的南方金牛座流星雨在一夜之间达到顶峰。活跃于9月中旬至11月中旬的南部金牛座每小时产生的可见流星很少超过5颗,但即将到来的新月会使它们更容易在黑暗的天空中被发现

11月4日:新月在美国东部夏令时下午5:15(格林威治标准时间2115)到达。

11月4日:天王星处于对立面,这意味着它将出现在今年最大最亮的位置。这颗行星的亮度为57级,在白羊座将整夜可见。天王星可以在黑暗的地方用肉眼看到,但最好是通过望远镜或双筒望远镜看到

11月7日:夏令时结束。当地时间凌晨2点把钟拨慢一小时

11月8日:月亮和金星合相。新月将在金星以北1度左右经过。日落后,在西边地平线上寻找这对金星。东亚部分地区的天文观测者将看到月球神秘的金星,这意味着它将短暂地经过这颗行星的前面,挡住它的视线。

11月10日:月亮和土星会合。在傍晚的天空中,逐渐变圆的新月将向土星以南摆动约4度

11月11日:月亮和木星会合。第一个四分之一的月亮将在傍晚的天空中向木星以南摆动大约4度。

11月11日至12日:一年一度的北金牛座流星雨在一夜之间达到顶峰。这场阵雨活跃于10月下旬至12月中旬,预计每小时不会产生超过一小撮可见的“流星”。

11月16日至17日:狮子座流星雨是一年中最令人期待的流星雨之一,一夜之间达到顶峰。狮子座流星雨预计在高峰当晚每小时产生约15颗流星,但整个月都很活跃

11月19日:11月的满月,被称为海狸满月,发生在东部时间上午3:58(格林威治标准时间0858)

11月19日:在北美、南美、澳大利亚以及欧洲和亚洲的部分地区可以看到月偏食。美国东部时间凌晨1:02(格林威治标准时间0602),月亮将进入地球微弱的外影,即半影。月偏食发生在美国东部时间凌晨2:18(格林威治标准时间0718),届时月亮将更加明显地变暗。最大日食发生在美国东部时间上午4:02(格林威治标准时间0902)。整个活动将持续约六个小时

11月22日:阿丽亚娜空间联盟火箭将为欧洲伽利略导航 星座 发射两颗卫星。它将于东部时间晚上8:07(格林威治标准时间11月23日凌晨1:07)从法属圭亚那库鲁附近的圭亚那航天中心升空。

11月24日:美国东部时间凌晨1:58(格林威治时间0658),一枚SpaceX猎鹰9号火箭将从加利福尼亚州范登堡空军基地发射NASA的双小行星重定向测试(DART)任务。

11月24日:俄罗斯将使用联盟号火箭向国际空间站发射一个新的模块。Uzlovoy舱,也称为Prichal,将与俄罗斯的Nauka科学舱对接,并将作为俄罗斯车辆的对接港。该任务将从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场发射

十二月

12月4日:今年唯一的日全食(以及2023年前的最后一次日全食)将在南极洲可见。南非、纳米比亚、南美洲南端和南大西洋一些岛屿的天文观测者将能够看到至少一次日偏食,因为月亮挡住了部分太阳的视线

12月4日:新月在美国东部时间凌晨2:44(格林威治标准时间0744)到达。

12月4日:SpaceX猎鹰9号火箭将向国际空间站发射“龙”号货物再补给任务(CRS-24)。它将从佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心的39A发射场发射。

12月6日:月亮和金星会合。新月将在金星以北经过约2度。日落后在西边地平线上寻找这对。

12月7日:月亮和土星会合。在傍晚的天空中,逐渐变圆的新月将向土星以南摆动约4度

12月8日:一枚俄罗斯联盟号火箭将与俄罗斯宇航员亚历山大·米苏尔金、日本亿万富翁前泽佑三和视频制作人平野洋三一起将联盟号MS-20乘员舱发射到国际空间站

12月9日:月亮和木星会合。在傍晚的天空中,月牙形的新月将向木星以南摆动大约4度。

12月13日:一枚SpaceX Falcon 9火箭将从位于佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心的发射场39A发射NASA的成像X射线偏振探测器(IXPE)。

12月13日至14日:一年一度的双子座流星雨,一年中最好的流星雨之一,在一夜之间达到顶峰。双子座在12月4日至17日活动,通常每小时产生50颗可见流星,但今年78%的满月将比较暗的流星更耀眼

12月18日:美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜计划用阿丽亚娜5号ECA火箭从法属圭亚那库鲁的圭亚那航天中心发射升空

12月18日:12月的满月,被称为冷满月,发生在美国东部时间晚上11:37(格林威治标准时间12月19日凌晨4:37)。

12月21日:冬至在美国东部时间上午10:59(格林威治标准时间1559)到来,标志着北半球冬季的第一天和南半球夏季的第一天

12月21日至22日:一年一度的熊座流星雨在一夜之间达到顶峰。通常活跃在12月17日至26日,在高峰的早晨,熊座流星群每小时产生约5至10颗可见流星。

还计划于12月发射(从现在的太空飞行开始):

SpaceX将从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空间站用猎鹰9号火箭发射“运输者3号”乘骑共享任务

俄罗斯联盟号火箭将发射34颗卫星进入OneWeb互联网 星座 的轨道。这项名为OneWeb12的任务将从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场发射。

俄罗斯的Angara-A5火箭将在俄罗斯的普列谢茨克发射场进行第三次轨道试飞

2021年会有更多的。。。

TBD:Starliner OFT-2。联合发射联盟的Atlas V火箭将在2020年11月之前发射波音的CST-100 Starliner航天器,执行其第二次未覆盖的国际空间站任务。轨道飞行试验2(OFT-2)任务将从佛罗里达州卡纳维拉尔角空间站的41号航天发射场发射。

待定:联合发射联盟的阿特拉斯五号火箭将为美国航天部队发射STP-3乘骑共享任务。它将从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空间站升空。

待定:联合发射联盟阿特拉斯五号火箭将为航天部队的地球同步空间态势感知计划(GSSAP)发射USSF-8任务。它将从佛罗里达州卡纳维拉尔角空间站的41号发射场发射。

待定:印度的极地卫星运载火箭(PSLV)将从印度斯利哈里科塔的萨蒂什·达万空间中心发射印度RISAT 1A雷达地球观测卫星。

四季度:火箭实验室的电子火箭将从新西兰的马希亚半岛发射美国宇航局的“中环月球自主定位系统技术操作和导航实验”(CAPSTONE)任务到月球。

四季度:印度小型卫星运载火箭(SSLV)将从印度斯利哈里科塔的Satish Dhawan航天中心进行首次轨道试飞。任务从2021年4月推迟。

四季度:印度小型卫星运载火箭(SSLV)将为总部位于西雅图的BlackSky Global公司发射四颗地球观测卫星,完成其首次商业任务。它将从印度斯利哈里科塔的萨蒂什·达万太空中心发射。

四季度:SpaceX Falcon 9火箭将从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射土耳其卫星5B通信卫星

四季度:阿丽亚娜空间织女星火箭将为法国军方发射三颗谷神星卫星。(CERES代表“空间电磁源的重新设计能力”,翻译为“空间电磁源的智能能力”)该任务将从法属圭亚那库鲁附近的圭亚那航天港发射。

目前,运载火箭的发射大致有三种方式:一是从地面固定发射场发射,二是从空中发射,三是从海上平台发射。早先,运送航天器的运载火箭都是从地面发射场发射的。这种发射场有的规模很大,设施齐全,可以发射多种型号的运载火箭。但地面发射场受地理位置等种种因素的制约,限制了航天器的发射范围,难以满足各种类型航天器的需求,于是出现了从空中发射和从海上平台发射运载火箭的方案。

我国卫星发射基地有四处:甘肃酒泉,四川西昌,山西太原,海南文昌(待建)。其中,酒泉主要用于载人航天;西昌主要承担地球同步轨道;太原主要发射太阳同步轨道;文昌主要发射地球同步轨道卫星、大质量极轨道卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。

1、 前苏联/俄罗斯:1957年10月4日苏联首次发射了836公斤的“斯普特尼克1号”。苏联解体后,俄罗斯继承了其发射能力。

2、 美国:1958年2月1日首次发射82公斤的“探险者1号”。目前主要使用德尔塔(Delta)系列运载火箭、金牛座(Antares)系列运载火箭。

3、 法国:1965年11月26日首次发射42公斤的“试验卫星A-1号”。1975年欧洲空间局成立后,主要和其他国家合作在法属圭亚那使用阿丽亚娜(Ariane)系列运载火箭发射卫星。

(欧洲空间局正式成员国有比利时、丹麦、法国、德国、英国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和爱尔兰,非正式成员国有奥地利和挪威。加拿大为观察员。)

4、 日本:1970年2月11日首次发射93公斤的“大隅号”。

5、 中国:1970年4月24日首次发射173公斤的“东方红1号”。主要使用长征系列火箭发射。

6、 英国:1971年10月28日首次发射66公斤的“普罗斯帕罗号”卫星。目前本国不再承担发射任务,而是归入欧洲航天局。

7、 印度:1980年7月18日首次发射360公斤的“罗希尼号”卫星。

8、 以色列:2002年5月28日首次发射“地平线5号”卫星,使用沙维特运载火箭发射。

9、 伊朗:2009年2月3日首次发射“希望”(Omid)号卫星,使用“使者”号火箭。

10、朝鲜:2012年12月12日成功发射“光明星3号”卫星。

11、韩国:2013年1月30日成功发射“Naro-1 STSAT-2C”卫星。韩国曾在2009年08月25日首次发射“科学技术卫星2号”卫星,但在高空发生爆炸。

12、新西兰:2018年11月12日成功发射“电子立方星”卫星。

(该清单包括具有将卫星送入轨道的独立能力的国家,包括生产必要的运载工具。)

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