火箭運動原理

蔣雄杰

尋找宇宙的奧秘，探索廣闊而神秘的外太空，發現外星生物是人類自古以來的夢想。而真正為人類邁向太空提供科學方法的是俄羅斯科學家齊奧爾科夫斯基。他指出，采用噴氣發動機的多級火箭，是實現航空航天的唯一有效的方法。

宇宙穿梭機、星際飛船、導彈等都是以火箭為動力，火箭的原理實質上就是動量守恒定律。火箭的內部裝有燃料和氧化劑，它們經過輸送泵進入燃料室，燃燒生成的熾熱氣體向后噴射，獲得向后的動量，按動量守恒定律，火箭獲得向前的動量。燃料持續燃燒，不斷地向后噴出高溫、高壓、高速的氣體，由于反作用力，火箭不斷地向前運動，加速度很大，從而獲得很大的速度。

為什么要用火箭作為人造衛星或其他人造天體的運載工具呢？（1）火箭自備氧化劑和燃料，在真空的地方也能飛行。（2）根據火箭的特點，它的推力和大氣壓強有關，大氣壓低，氣體在噴口處受到的空氣阻力小，向后噴出的氣體速度較大，從而使火箭得到極大的向前的速度，因為離地越高，大氣壓越低甚至真空大氣壓為零，火箭推力離地越高，推力越大。所以，火箭發動機最適合作為太空動力。

實際上，在發射人造衛星或空間站時，都采用“多級火箭”。一般是三級或四級火箭，發射時，較大的第一級火箭燃燒結束，便自動脫落，然后是第二級和第三級火箭依次點火工作，工作結束后自動分離脫落，到達預定位置后，把人造衛星彈射出去，送入接近位置，狀態調整，進入預定軌道。采用多級火箭的優點在于可以不斷減少火箭整體的質量，根據動量守恒，使火箭達到的高度遠遠超過比用同樣質量燃料的單級火箭所能達到的高度。

多級火箭除了具有極好的加速性能外，還有一些其他重要特點。（1）多級火箭每級的工作都是相對獨立的。（2）它們的工作高度區間不一樣，工作環境也不一樣，因此可以根據環境和條件的不同使用不同級別的噴氣式發動機。（3）每級火箭燃燒結束時發動機有一轉換過程，加速度會降為零。根據牛頓定律，如果發動機一直加速，加速度不斷上升，會超過人能承受的加速度極限，危及宇航員的生命，所以加速度變為零這載人火箭是尤其必要的。

為了獲得更大的速度到達更遠的外太空，是不是級數越多越好呢？實際不是這樣的，因為火箭的級數越多，造價越高昂，火箭的建造越復雜，故障率會升高，工作可靠性無法保證，不能保證達到預期目的。所以，一般常用的只是二級、三級或四級火箭。

1992年，中國載人航天工程正式啟動。我國神舟系列宇宙飛船成功發射，把中國多名航天員送入太空。飛船載荷也越來越大，載人艙從搭乘一名宇航員發展到三名宇航員。2013年神舟十號完成了神舟飛船與天宮一號的交互對接，三民宇航員在空間站生活了較長一段時間，這次成功的飛行實現了中華民族千年的飛天夢想，標志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，為進一步的空間科學研究奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

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？誗編輯 鄭 淼