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速度战胜引力 速度战胜距离——宇宙航行动力漫谈 李龙臣/文_百度知 ...
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速度战胜引力 速度战胜距离——宇宙航行动力漫谈 李龙臣/文_百度知 ...
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水能载舟,也能覆舟。这正是人与自然关系的缩影,人在自然环境中诞生和发展,也受自然环境的制约。
人类自古以来就向往着遨游宇宙,但却无法离开地面分寸,其中自有奥妙。17世纪牛顿创立的万有引力学说,揭开了这个秘密。万有引力定律指出,物体都有引力,它们总是互相吸引;引力的大小与物体的质量成正比,与物体之间的距离成反比。人的质量与地球的质量相比,相差十分悬殊,因而引力的大小显得一边倒,总是地球的强大引力吸引着人,把人束缚在地球上而无法进入宇宙空间。
牛顿运动力学还告诉人们,速度是战胜引力的法宝,如果物体的运动速度达到11.2千米/秒,就可以摆脱地球引力的束缚,冲出地球大气层,进入太阳系星际空间遨游;如果达到16.7千米/秒,还可以进一步摆脱太阳的引力,冲出太阳系,进入银河系乃至河外星系遨游。有了速度,还可以巧妙地利用地球引力,使物体绕地球作惯性运动。运动力学告诉我们,物体作圆周运动的条件是要有一个与离心力大小相等、方向相反的向心力作用在物体上。对绕地球作圆周运动的物体来说,地球引力正是可利用的天然向心力。根据地球的质量,在地球表面上,物体的运动速度达到7.9千米/秒,它的离心力大小正好与地球对它的引力(向心力)相等。这就是人们所说的第一宇宙速度。而飞离地球和太阳的速度分别为第二和第三宇宙速度。
那么,如何才能获得这种速度呢?实践和理论研究都证明,凭人类自身肌肉的力量是不可能的。这个速度必须由动力机械来产生。当然,动力机械还必须有动力能源。我们这里把“动力机械+动力能源”简称为动力。
由此可见,寻找合适的动力,正是进行宇宙航行的前提条件。
1883年,俄国人齐奥尔科夫斯基首先从理论上证明,火箭可以作为宇宙航行的动力。1903年,他又发表后来被誉为宇宙航行理论“第一公式”的火箭公式。公式指出,火箭发动机的喷气速度越高、推进剂烧完之后的火箭质量越小,火箭的速度越高。他还指出,只有采用多级火箭接力加速的办法,才能达到宇宙速度。
中国是火箭的故乡。根据《宋史》等史书记载,在公元969或970年,就出现了具有反作用力推进因素的古代火箭。在此后的几百年中,古代火箭在军事上获得广泛应用。古代火箭具有现代火箭的基本组成部分,包括箭头、箭杆(箭体)、羽尾(控制系统)和火药筒(动力系统)。虽然在14世纪末,我国有用火箭做飞行动力的“万户飞天”的勇敢尝试,但古代火箭是无法达到宇宙速度的。
古代火箭使用的燃料是固体黑色火药,它的效能太低。作为宇宙航行动力的火箭,必须采用效能更高的液体燃料。
1926年,美国人戈达德首先研制出液体燃料火箭。16年后的1942年,现代火箭诞生了,那就是用于作战的V-2导弹。第二次世界大战后,在V-2的基础上,除导弹技术迅速发展外,用于发射航天器的运载火箭也幸运而生。1957年10月4日,前苏联首先用捆绑式多级火箭将第一颗人造地球卫星送入轨道;1961年4月12日,又首先使尤里·加加林成为“太空哥伦布”,摘取了“人类第一个太空使者”的桂冠。1969年7月20日,美国的“阿波罗11号”飞船首先将阿姆斯特朗和奥尔德林送上月球,在地球以外的天体上印下了人类的第一个脚印。在此期间,侦察、通信、气象等类应用卫星,以及探测月球、金星、火星的探测器也纷纷登台亮相。
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