為什么火箭是沿著彎曲的軌跡升空？
你注意到有關火箭升空路徑的一個有趣的現象嗎：火箭是沿著彎曲的軌跡升上天空，而并非是直線。這張圖并不是錯誤的，相同的事情發生在火箭發射的每一個圖片和視頻中。這看起來似乎沒有道理啊，火箭不是要升入天空嗎？所以為什么不是直線上升，而是沿著一條拋物線呢？直線上升不是會更快到達嗎？——這應該有某種原因，因為火箭科學家可是相當聰明的。
簡短地說：因為火箭想使用盡可能少的燃料進入地球軌道。
為什么火箭垂直發射？
在空間技術的背景下，火箭是可以將人和物品送入太空的交通工具。理論上，它可以像一架飛機從跑道起飛，但這將需要改變許多當前的火箭設計，這種做法相當不經濟。
火箭擁有強大的發動機，使其具有巨大的向上推力，從而火箭能垂直起飛。發射后，火箭的爬升開始比較緩慢；但在爬升第一分鐘之后，火箭速度達到驚人的1609公里/小時。
在空中飛行時，火箭由于空氣阻力而失去了大量的能量，并且需要確保在其大部分燃料用盡時達到足夠高的高度。這就是為什么火箭最初飛得很快，因為它需要在盡可能小的距離內穿過大氣層最厚的部分。
為什么發射后火箭改變軌跡角度？
關于火箭軌跡的許多誤解源自一個共同的假設：火箭只是想擺脫地球的引力并到達“太空”——雖然這在技術上并非錯誤，但這不夠明確。
首先，你應該明白，太空并不是很遠。如果你在高于地球上方100公里的地方飛行，那就已經是“在太空”了。如果你的飛行高度超過80公里，你就會獲得“宇航員”的稱號。跳傘運動員費利克斯·鮑姆加特納（他擁有不用藥物輔助、最高的垂直自由跳傘的記錄）以 “太空跳躍”而著名，即使他只是從39公里的高度跳躍。
因此，火箭并非只想到達“太空”火箭真正想做的是進入地球的“軌道”，實際上它們可以使用更少的燃料。
讓火箭進入軌道
大多數火箭的主要目標是到達地球的軌道，并停留在那里。在地球的軌道上，地球引力足夠高到使火箭不會漂到外太空。并且地球引力也足夠低，使得火箭不必消耗大量的燃料。
為了進入軌道，火箭升空后開始傾斜，并逐漸增加這個傾斜角度，直到它到達繞行地球的橢圓軌道。話雖如此，達到一個合適的軌道是不容易的，要以犧牲大量燃料為代價，獲得令人難以置信的水平速度——28968公里/小時（約每秒8公里）。這種優化航天器的軌跡，以使其獲得所需軌跡的技術稱為重力轉彎或零升力轉彎。
這種技術提供了兩個主要的好處：第一，它使火箭在其上升的早期階段保持非常低的或甚至零迎角，這意味著火箭經受更少的空氣動力學阻力。 另一個好處是，它使火箭使用地球的重力，而不是自己的燃料，改變其方向。火箭因此節省的燃料可用于水平加速，以達到高速，并且更容易進入軌道。
簡而言之，如果想要進入地球軌道，火箭必須在發射后將其軌跡彎曲。如果火箭不這樣做，而是繼續垂直上升，它將會到達一定高度后耗盡燃料，而且很有可能最終像石頭一樣落回地球。
文章首發：怪羅網
- 發表于 2017-02-27 00:00
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