火箭为什么以及怎样分级?

#科普 05:36 89

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原文字幕: Lilill于2018.08.18制作完成

译文字幕: 楼舜于2018.11.04制作完成

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每一枚火箭
发射进入太空
执行轨道任务的 执行外太空任务的 有人的
无人的 大的 小的
它们都有一个共同点
那就是分级运载
分级运载是任何发射任务的基本部分
无论你谈论的是像“土星5号”或
“猎鹰”那样的重型运载火箭
还是像“阿特拉斯”那样的小型火箭
火箭的一级在另一级之前点火时
分级运载相当简单
这样 余下部分即有效载荷就会
被送入轨道
火箭分级的原因是由于重量越来越集中
因为火箭必须像在地球上那样才能在其他星球运行
拿我最喜爱的火箭“土星5号”来说
这仅仅是火箭实际能够到达地球运转轨道的有效载荷的一部分
火箭的其余部分都落这儿了
(它们)只是设计用于使火箭能够离开地面进入太空的
所以工程人员在设计运载火箭时必须把这一点考虑进去
进入太空的有效荷载量
但实际上并不完全如此
一旦开始增加必须将有效载荷送入轨道的较低级 就有了质量
这不仅仅是火箭结构的质量问题
也是推进剂的质量 其必须要燃烧才能使之升空
你们知道火箭中哪部分最困难吗
这成了非常有趣的平衡艺术
不仅是有效载荷部分
火箭的结构和推进剂也增加了质量
但随着火箭燃料的燃烧 质量也在改变
正是不断改变的质量才会有接下来的分级运载
我们来回顾一下“土星5号”
“土星5号”刚发射时 一切都那么完美美丽且动人
所有助推剂都在第一级燃尽
好了 一旦完成
现在“土星5号”正在进入过渡阶段
如果不需要使火箭更多的部分离开地面
使用更多助推剂是没有意义的
所以你怎么做 分离过渡级
这时分级运载就开始了
当你在处理复杂事情时
分段进行确实是应对困境的很好的途径
就像把有效载荷送入太空
现在据说火箭分级运载有很多不同的方式
我们再拿“土星5号”来举例
其中一种就是串联分级
这些级是一级堆叠在另一级之上
第一级首先点火 一旦助推剂耗尽
就会从有效荷载的剩余部分分离开来
露出飞船 然后制动火箭在过渡级和活跃级间
明显的分离开来
这个阶段有空间点火
拿“土星5号”举例 它是三级火箭
但对两级和四级火箭 分级运载的过程是完全一样的
每一部分有序脱离火箭的主体部分
另一种串联分级叫热分级运载
这就是发射双子星座项目的泰坦2号所使用的
如果仔细观察这枚火箭
你会注意到我第一次真正看到这张照片时感到震惊
火箭的箭体上有洞
这表明其与土星5号不同
当一级火箭在另一级点火前脱离时
各级之间的距离增大了
泰坦2号发射时 各级仍然连接
这些都是通风口 防止下一级与过渡级分开
有串联系列和并联分级系列火箭
泰坦3是个很好的例子
该火箭的主要和核心阶段称为主发动机级 是个泰坦2火箭
而且它两旁还有坚实的火箭助推器
这两个助推器平行分开
推动火箭主体通过了串联运载
另一种运载是平行运载
我们都熟悉 因为那是航天飞机曾使用过的
航天飞机的主油箱为轨道飞行器提供动力
但它需要一些外力推动才能进入轨道
为推动固体火箭 模型位于主油箱侧面
助推器以及主发动机点火使发射台上的航天飞机脱离
然后一旦SRB耗尽燃料
它们就会脱离并落入海洋
还有一种分级运载 其非常罕见但也很熟悉
我们可能都没有意识到这一点
这是一个半级运载
我们了解它是因为阿特拉斯D火箭
搭载过约翰格伦 斯科特卡朋特 沃利斯基拉 戈登库珀
在水星项目的轨道上使用半级火箭
以阿特拉斯D主引擎为主发动机
它是唯一燃烧并将有效载荷送入轨道的发动机
其周围有两个额外动力的助推器
虽然它们整齐的排列着
但也垂直掉落 有点像串联的形式
一般全部的三个引擎都会点火 让火箭脱离发射台
一旦第一级或半级完成 它就会剥离
发动机级继续将有效载荷送入轨道
当然是梦想 因为我们会再简单点
更多的目标将是单级轨道火箭
就是听起来的样子
单级就足以将有效载荷送入太空
这还不存在
尽管有些公司正在努力实现这个梦想
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如果你有其他关于火箭 分级发射 土星5号 泰坦和阿特拉斯的问题
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