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火箭是怎樣升空的？

火箭是一種靠發(fā)動機噴射產生的反作用力而向前推進的飛行器，是實現(xiàn)衛(wèi)星上天和航天飛行的運載工具，故又稱運載火悔巖嫌箭?？梢哉f，沒有火箭技術的發(fā)展，就沒有空間科學蓬勃發(fā)展的今天，火箭技術為人類打開了探索宇宙的大門。

在人類的航天活動中，飛機是依靠機翼上、下兩面產生的壓力差上升飛行的，其噴氣發(fā)動機燃燒煤油，利用空氣中的氧氣燃燒，所以飛機離不開大氣，而且飛機發(fā)動機的推力也不足以把飛行器加速到擺脫地球引力所需的第一宇宙速度。所以人類飛離大氣層就必須依靠火箭。

火箭發(fā)動機所消耗的燃燒劑和氧化劑(兩者統(tǒng)稱推進劑）都是由火箭自身攜帶的，因此火箭可以在真空中飛行?；鸺l(fā)射時產生巨大的推力使火箭在很短的時間內迅速升入高空，隨著燃料不斷減少，火箭自身質量逐漸減小，在與地球距離增大的同時，質量和重力影響不斷下降，火箭速度也因此越來越快。運載火箭通常為三級以上的多級火箭，各級火箭依次點火并依次自動與主體火箭分離，通過一級級加速來提高碧手火箭速度。

火箭可應用在軍用和民用兩大方面。按不同任務，大致可以分為三類：探空火箭，用于高空大氣測量；彈導式導彈，是帶戰(zhàn)斗部的有控火箭；衛(wèi)星(飛船)運載器，把衛(wèi)星或飛船送上軌道。目前世界上最大的運載火箭是美國的“土星五號”，直徑10米，高85米，起飛時重量近3 000噸，第一級火箭裝有5臺發(fā)動機，推力3 000多噸，點火后150秒即可把2 000多噸液氧和煤油燒光。第二級裝有450噸高能推進劑(液氧和液氫)，推力525噸。第三棗灶級裝有106噸推進劑，推力100噸。“阿波羅”登月飛船就是由它運載并送入軌道的。

隨著火箭技術的進步，它的運載能力越來越大，在人類的航天探索中發(fā)揮著越來越重要的作用。不過，雖然現(xiàn)代火箭技術已經(jīng)發(fā)展到很高水平，但是其有效載荷只占運載火箭起飛重量的1%—2％，如發(fā)射一顆1噸重的衛(wèi)星，運載火箭必須重50—100噸，運輸效率太低。另外，若用目前的化學推進劑，運載火箭實現(xiàn)恒星際載人航行，到達最近的恒星也要幾萬年，這對載人航行是不可想象的。科學家們正在為研制電子火箭、核火箭甚至光子火箭提出種種設想，并進行探索。

火箭的升天原理是什么？

反作用力！也就是與升天相反的一種推力使它上升。我們可以舉個生活中常見的例子：放開一只充滿氣的氣球，在氣壓的作用下氣球會嗖地一下飛出去，在空中亂飛。類似的，火箭也是這種原理，但是實際上火箭升空的原理是相當復雜的，本文將做簡單介紹。

火箭的概述

火箭又稱噴進器，是一種利用排出物質以制造反作用力而前進的載具?；鸺七M是一種精密的結構，它的原理主要是力學、熱力學，以及其它有關科學之運用，諸如電學等?；鸺话愕娘w機主要的不同點在于：飛機只能在大氣層內飛翔，但是火箭可以在外層空間工作，因為它不需要利用外界空氣便能夠燃燒推進。

事實上，火箭在太空中的工作效率比在大氣中更高。因為在地球上的逃逸速度可以通過多級火箭來實現(xiàn)，因此可以使火箭達到無限的最大高度。與噴氣式噴氣發(fā)動機相比，火箭重量輕，功率大，能夠產生更大的加速度。為了控制其飛行，火箭需要依靠動量、翼型、反推力系統(tǒng)、萬向推力、反作用輪、推力矢量、推進劑流動（燃燒消耗量）、自旋穩(wěn)定或重力等共同作用。

最早的火箭的記載出于中國宋代，因此中國被公認是火箭之祖，但其不一定具軍事的價值，通常只限于娛樂用途，例如放煙花。直到明代有了軍用的火箭問世，作為武器的火箭相對大炮主要優(yōu)點是發(fā)射設備輕巧，但因為精度較同期的大炮低，而沒有被廣泛應用。18世紀，印度在對抗英國和法國軍隊的多次戰(zhàn)爭中，曾大量使用火箭，獲取良好的戰(zhàn)果，也因此帶動歐洲火箭技術的發(fā)展。之后又發(fā)展出精密的導引與控制系統(tǒng)，而成為射程遠、命中率高的武器系統(tǒng)－飛彈。在現(xiàn)代多次實戰(zhàn)中，火箭展現(xiàn)出野戰(zhàn)機動性、射程遠、射速快、火力強、高震撼力與高命中率等特性，奠定其在軍事武器頌基發(fā)展史上的地位?，F(xiàn)在火箭被用于煙火、武器、彈射座椅、人造衛(wèi)星的運載火箭、人類太空飛行和太空探索等領域。

固態(tài)火箭與液態(tài)火箭便是現(xiàn)今比較常用的火箭。此外，還有混合火箭---就是用固體的燃料而用液體的氧化劑。另外，值得一提的是，現(xiàn)今運載火箭大多包含了液態(tài)火箭跟固態(tài)火箭，也就是說，一個火箭可能第一節(jié)是固態(tài)的而第二節(jié)卻是液態(tài)的。至今只有化學火箭和離子火箭被實用化。

德爾塔-4運載火箭，圖片來自：U.S. Air Force

火箭的原理

火箭推進是一種精密的結構，它的原理主要是力學、熱力學，以及其它有關科學的運用，諸如電學等?；鸺话愕娘w機主要的不同點在于：飛機只能在大氣層內飛翔，但是火箭可以在外層空間工作，因為它不需要利用外界空氣便能夠燃燒推進?；鸺屏Φ墨@得，是由高速噴出物反作用而生成。其原理與用水管噴水時水管會向后退，以及槍向后座的原理一樣?；鸺娜剂辖?jīng)過燃燒室燃燒以后，會產生高溫高壓的氣體，之后再經(jīng)過一個噴嘴而加速，并排氣到外界。這些氣體便是推動火箭的原動力。

固體火箭發(fā)動機的燃料和氧化劑是以固體狀態(tài)直接保存在火箭發(fā)動機里面。固態(tài)火箭使用的歷史也相當?shù)脑纾袊谒纬褂玫奈淦鳟斨芯陀鞋F(xiàn)代固態(tài)火箭的雛型。目前在中小型的火箭伏殲發(fā)動機上面，固態(tài)火箭占據(jù)很大的比例。固態(tài)火箭發(fā)動機的燃料是直接安裝在火箭的后部，使用的時候利用點火器引發(fā)燃料燃燒，產生推力推送火箭。因為固態(tài)火箭燃料不需要額外的燃料槽，也不需要輸送或加壓的管野廳謹線，在構造上固態(tài)火箭發(fā)動機比液態(tài)火箭發(fā)動機要簡單許多，重量也比較輕。

因為固態(tài)火箭發(fā)動機的燃料的量與型態(tài)是固定的，要隨意借由調整燃料與氧化劑的量來控制推力非常困難，燃料一但開始作用，若是中斷燃燒的過程，很難重新點燃，因此固態(tài)火箭發(fā)動機多半使用在推力需求較為固定，一經(jīng)啟動就不需要停止的設計上面。在設計上需要依靠精確的形狀和燃料顆粒來控制燃燒的速度和產生的推力。近年來因為固態(tài)火箭具有低成本和高發(fā)射機動性等優(yōu)點，受到軍事用戶和低軌小衛(wèi)星發(fā)射商的重視，研究漸熱，也有大量控制推力的辦法發(fā)明并得到應用。

固態(tài)火箭發(fā)動機不需要經(jīng)常維護，燃料雖然也有使用年限，通常需要更換的時間比液態(tài)火箭發(fā)動機的燃料要長。因此在需要使用的場合，固態(tài)火箭發(fā)動機的反應和準備時間較短。此外，固態(tài)火箭發(fā)動機沒有管線或者是加壓設備，對于外界的震蕩或者是碰撞的忍耐程度比液態(tài)火箭發(fā)動機要高。蘇聯(lián)在發(fā)展機動彈道飛彈系統(tǒng)的時候就發(fā)現(xiàn)，以鐵路運輸?shù)姆绞?，車體的震蕩對于液態(tài)火箭發(fā)動機的設備損傷很大，固態(tài)火箭就沒有這個問題。 目前的固態(tài)火箭的缺點是，工作時間短，如何將幾十噸，或幾百噸的貨物送入空間，并超過第一宇宙速度，這是各軍事大國追求的目標。當貨物遠離地球200公里以上，速度達到7000米/秒以上時，而推動它的火箭的工作時間要大于150秒。

液體推進劑火箭發(fā)動機（LPRE），簡稱液體火箭發(fā)動機或液態(tài)火箭發(fā)動機，是一種采用液態(tài)的燃料和氧化劑作為能源和工質的火箭發(fā)動機。液體火箭發(fā)動機的基本組成包括推力室、推進劑供應系統(tǒng)和發(fā)動機控制系統(tǒng)等。液體推進劑貯存在推進劑貯箱內，當發(fā)動機工作時推進劑在推進劑供應系統(tǒng)的作用下按照要求的壓力和流量輸送至燃燒室，經(jīng)霧化、蒸發(fā)、混合和燃燒生成高溫高壓燃氣，再通過噴管加速至超聲速排出，從而產生推力。

液體火箭發(fā)動機使用的推進劑可以是一種液態(tài)化學物，即單組元推進劑，也可以是幾種液態(tài)化學物的組合，即雙組元推進劑及三組元推進劑，它們均具有較高的能量特性。常用的單組元推進劑是肼，主要用于小推力發(fā)動機。雙組元推進劑主要有液氧/液氫、液氧/烴類（煤油、汽油和酒精等）、硝酸/烴類、四氧化二氮/偏二甲肼等組合。

歷史上第一枚液體火箭是由美國火箭學家羅伯特·戈達德于1926年發(fā)射的。德國火箭專家馮·布勞恩的研究團隊在第二次世界大戰(zhàn)期間研制的V-2火箭極大地促進了大型液體火箭發(fā)動機的發(fā)展。二戰(zhàn)后，美國和蘇聯(lián)/俄羅斯等許多國家研制了大量的液體火箭發(fā)動機。液體火箭發(fā)動機作為最為成熟的火箭推進系統(tǒng)之一，具有較高的性能和許多獨特的優(yōu)點，目前被廣泛應用于運載火箭、航天器以及導彈。液體火箭發(fā)動機還曾在二戰(zhàn)時期被短暫作為飛機的推進動力。

現(xiàn)在大多數(shù)火箭都用固體推進劑或液體推進劑。推進劑這個詞并不是簡單的燃料，正如你所想的那樣，它意味著還需要氧化劑來輔助燃燒。燃料是化學火箭燃燒的必須物質，但為了燃燒會發(fā)生，必須還要有氧化劑（氧氣）才行。噴氣式的發(fā)動機是從周圍的空氣中吸入氧氣而進入發(fā)動機燃燒的。但是火箭沒有噴氣式飛機那樣擁有大量的氧化劑，所以火箭必須攜帶氧氣（氧化劑）進入太空，因為太空沒有空氣（氧化劑）。

固液混合火箭是由兩種火箭組合而成的。在混合火箭中，氣態(tài)或液體氧化劑被存儲在與固體燃料顆粒分開的罐中。固體火箭相對于混合火箭的主要優(yōu)點是它們的結構更簡單。在混合系統(tǒng)中，更高的復雜性是為了更好的性能而不得不付出的代價。然而，我們注意到，這些火箭的性能與液體系統(tǒng)的性能相當。此外，請注意，混合動力火箭系統(tǒng)只需要支持一個流體系統(tǒng)，包括燃料罐、閥門、調節(jié)器等。換句話說，雖然混合動力火箭比固體系統(tǒng)更復雜，但它們的性能與液體系統(tǒng)相比，只需要一半的管道。這大大地降低了整個系統(tǒng)的重量和成本，同時也增加了其可靠性（可能會出現(xiàn)故障的部件將更少）?；旌匣鸺到y(tǒng)在生產和儲存方面也更安全，選擇適當?shù)耐七M劑時更環(huán)保，并且燃料顆粒是惰性的，比制造的固體推進劑顆粒（用于固體火箭）更強，因此更可靠。

火箭的發(fā)動機，圖片來自：Les Chatfield (Elsie esq.)

火箭升空是利用什么原理

火箭升空是利用反沖原理。

火箭（外文名：rocket）是火箭發(fā)動機噴射工質（工作介質）產生的反作用力向前推進的飛行器。它自身攜帶全部推進劑，不依賴外界工質產生推力，可以在稠密大氣層內，也可以在稠密大氣層外飛行，頃輪是實現(xiàn)航天飛行的運載工具?；鸺冈虐从猛痉譃樘娇栈鸺瓦\載火箭。

基本分類

火箭可按不同方法分類。按能源不同，分為化學火箭、核火箭、電火箭以及光子火箭等?；瘜W火箭又分為液體推進劑火箭、固體推進劑火箭和固液混合推進劑火箭。按用途不同分為衛(wèi)星運載火箭、布雷火箭、氣象火箭、防雹火箭以及各類軍用火箭等。

按有無控制分為有控火箭和無控火箭。按級數(shù)分梁激為單級火箭和多級火箭。按射程分為近程火箭、中程火箭和遠程火箭等?；鸺姆诸?#26041;法雖然很多，但其組成部分及工作原理是基本相同的。固態(tài)火箭跟液態(tài)火箭便是現(xiàn)今比較常用的火箭。

此外，還有混合火箭，就是用固體的燃料而用液體的氧化劑。另外，值得一提的是，現(xiàn)今運載火箭大多包含了液態(tài)火箭跟固態(tài)火箭，也就是說，一個火箭可能第一節(jié)是固態(tài)的而第二節(jié)卻是液態(tài)的。火箭的基本組成部分有推進系統(tǒng)、箭體和有效載荷。有控火箭還裝有制導系統(tǒng)。