挣脱地球的手心,要多快的速度?
气球一撒手就满屋乱飞,火箭凭这个动作冲出了地球——每秒 7.9 公里,是人类买下的“出摇篮票”。
把气球吹足,捏住口,一撒手——它嗖地窜出去,在屋里横冲直撞。这个人人都玩过的把戏,正是火箭升天的全部秘密的迷你版。从酒泉、文昌起飞的长征火箭,从里到外干的就是这件事:朝后疯狂扔东西,好让自己朝前飞。
你知道吗
写下火箭运动公式的齐奥尔科夫斯基,一生大部分时间几乎听不见声音,职业是中学数学老师。一百多年前,他在俄国的小城纸上推演火箭公式、设计飞船草图,为人类指明了去太空的路——那时离第一颗人造卫星上天,还有整整半个世纪。
往后扔东西,就能往前飞?
牛顿第三定律说:你对它施力,它就还你一个反向的力。火箭发动机燃烧燃料,把高温燃气以每秒几千米的速度向后喷出,燃气被推向后,火箭就被推向前。关键在于:这套动作完全不需要“蹬”任何东西——不蹬地、不蹬空气,所以火箭是真空里唯一好用的交通工具,月球上没空气,飞机寸步难行,火箭照样工作。
可光喷还不够快。地球引力这只手抓得极牢:每秒 7.9 公里,才刚好贴着地球“摔”成一圈又一圈的圆周运动,成为卫星;要彻底挣脱引力飞往别的星球,需要每秒 11.2 公里的速度。问题是燃料烧得越多,火箭就得装得越满,装得越满又越重、越难推动。工程师的解法漂亮极了——多级火箭:第一级烧完立刻扔掉空壳,火箭立刻“瘦身”,剩下的燃料推着更轻的身体继续加速。像接力赛,一段一段把自己送出去。
- 反冲:往后喷燃气,换来向前推进
- 牛顿第三定律:作用力与反作用力,火箭的宪法
- 第一宇宙速度:每秒 7.9 公里,绕地球不掉下来
- 逃逸速度:每秒 11.2 公里,彻底挣脱地球
- 多级火箭:烧完一级扔一级,轻装上阵
从东方红到中国空间站
1970 年,长征一号火箭把“东方红一号”卫星送入太空,乐曲响彻寰宇;半个多世纪后,长征系列火箭已发射数百次,把天宫空间站、嫦娥探月器、北斗卫星一颗颗送上天。起飞质量八百多吨的长征五号,昵称“胖五”。下一场竞赛是让火箭像飞机一样重复使用——落地能回收,发射成本才能一降再降。
动手试试
动手试一试:穿一根长线在吸管里,把线两端拴在两把椅背上拉直;吹一个长条形气球,用胶带贴在吸管上,捏住气嘴对准线的方向,然后松手——气球火箭沿着线呼啸而过。仔细看喷气的方向和气球前进的方向,牛顿第三定律就在你眼前。
地球是人类的摇篮,但人类不能永远生活在摇篮里。——齐奥尔科夫斯基