爲什麼去月球上要點火才能升空
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爲什麼去月球上要點火才能升空?去月球是我們人類一直以來的願景,從古至今,關於月亮,國內外都有很多關於它的神奇傳說,直到今天我們終於有人類能夠登上月球,那麼爲什麼去月球上要點火才能升空呢?
爲什麼去月球上要點火才能升空1
不是去月球上要點火才能升空,是隻要去地球以外的地方,我們要用到火箭去的地方,都要點火才能升空,原因如下:
反衝原理。
要使一個物體從靜止開始運動,必須有力作用在物體上,並且作用一定時間T。在物理學上,力F和時間T的乘積FT叫做力的衝量。要使火箭發射,就必需有衝量作用在火箭上。這種衝量是通過燃氣的爆炸而產生的。
在現實生活中,我們經常會看到這樣的現象,一個充足氣的氣球拿在手上,突然放手,氣體從氣球中噴出來,這時氣球就向着相反的方向飛出去,這種運動遵循動量守恆定律,在物理上我們稱作爲反衝。
隨着科技的不斷髮展,科學家們已經發明製造了各種型號的火箭,這些火箭內部構造互不相同而且都相當複雜。如1970年發射的長征1號丁,它是一枚裝有二軌級的三級小型運載火箭,其內部結構如圖(1)所示。
但是不管這些火箭內部構造有多複雜,其主要部分都可以歸納爲殼體和燃料。殼體是圓筒形的,前端是封閉的尖端,後端有尾噴管,燃料燃燒產生的高溫壓燃氣從尾噴管迅速噴出,火箭就向前飛去。
發射火箭由地面控制中心倒記數到零便下令第一級火箭發動機點火。在震天動地的轟鳴聲中,火箭拔地而起,冉冉上升。
加速飛行段由此開始了,經過幾十秒鐘,運載火箭開始按預定程序緩慢向預定方向轉變,100多秒鐘後,在70公里左右高度,第一級火箭發動機關機分離,第二級接着點火,繼續加速飛行,這時火箭已飛出稠密大氣層,可按程序拋掉衛星的整流罩。
在火箭達到預定速度和高度時,第三級火箭發動機關機分離,至此加速飛行段結束。
隨後,運載火箭靠已獲得的能量,在地球引力作用下,開始慣性飛行段,直到與預定軌道相切的位置止。此時第三級火箭發動機點火,開始了最後加速段飛行。
當加速到預定速度時第三級發動機關機。火箭的運載使命就全部完成了。
火箭飛行所能達到的最大速度,也就是燃料燃盡時獲得的最終速度,主要取決兩個條件:一是噴氣速度,二是質量比(火箭開始飛行時的質量與燃料燃盡時的質量之比)
噴氣速度越大,最終速度就越大,由於現代科學技術的條件下一級火箭的最終速度還達不到發射人造衛星所需要的速度,所以發射衛星要用多級火箭。
火箭的級數不是越高越好,級數越多,構造越複雜,工作時間的可靠性就越差。火箭和噴氣式飛機一樣都是反衝的重要應用。爲了提高噴氣速度,需要使用高質量的燃料。
當燃氣從細口噴出時或水從彎管流出時。它們具有動量由動量守恆定律可知,盛燃氣的容器就要向相反方向運動。火箭是靠噴出氣流的反衝作用獲得巨大速度的。
爲什麼去月球上要點火才能升空2
太空中沒有空氣如何從月球點火升空?怎樣產生的推力?
第一:我們知道在空氣中的飛行器一般是靠空氣的推力來完成飛行的,但是出去大氣層,到了外太空,沒有氧氣出於真空的情況下,怎麼辦?其實,是有辦法的,咱就拿火箭來說,火箭的燃料一般是偏二甲肼、液態氮、酒精和煤油組成的',但是這些燃料燃燒得需要大量的氧氣來支撐,那麼我們就往火箭裏再加入液態氧和四氧化氫來作爲氧化劑來助燃,這樣就不再需要外界的氧氣了,在真空下也是能快速飛行的。
第二:物體在空氣中飛行也是有阻力的,但是在真空中飛行是沒有阻力的,飛行更快一些,更輕快,根據我們學的物理,牛頓第三運動定律的作用力與反作用力和守恆定律我們知道,當火箭劇烈燃燒噴射出火焰的同時,也獲得了向上的一個巨大的推動力,這個推動力的大小與燃料燃燒向下噴射的動力相等的,而且火箭都是分好幾組,每一組完成使命,就會自動脫離,來減少重量。
第三:在月球上是沒有空氣的,大氣層很稀薄,約爲地球的一萬億分之一,裏面主要有少量的氨氣和氫氣,可以忽略不計,嫦娥在從月球上起飛的時候受到的阻力很小,可以忽略不計,這樣比較容易升空,所以,在太空中飛行也有好處也有壞處。
其他網友觀點
太空中沒有空氣,嫦娥如何從月球點火升空?怎樣產生的推力?
之所以有這樣的問題,是對火箭發動機不瞭解的緣故。凡飛出地球大氣層的人造飛行物,都是在沒有空氣的情況下航行的,因此,太空飛行器是不需要空氣的,知道了這一點,就應該知道飛船如何能夠在月球上點火升空了。
首先說說推力。
何謂推力?就是給某物體一個力,這個物體就會朝着給力的反方向走。給力的方法是怎樣的呢?比如一個人推放在地上的一個箱子,他就要腳下使勁蹬地,因此他給力的方向是向後的,但地是連着地球的,他當然蹬不走,因此這個力就朝相反的方向發出,箱子就移動了。
這就是牛頓第三運動定律的作用力和反作用力,以及推導出來的能量守恆定律的表現。第三運動定律通常表述爲:相互作用兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等的,方向相反,作用在同一條直線上;動量守恆定律表述爲:一個系統不受外力或所受外力之和爲零,這個系統的總動量保持不變。
通俗地說,就是力總是相對成對出現的,作用力和反作用力相等,它們的和爲零,總動量不變。當然計算力的方法很複雜,比如推箱子並不簡單只是向前向後的相互作用力標量,還有向下向上大小不同的矢量,這些合力才讓箱子往前移動,計算起來很複雜,這裏就不說了,只是簡單化的描述。
在地球上飛行,是飛機發動機螺旋槳或噴氣式往後推動空氣,反作用力就推着飛機往前飛;而太空中沒有空氣,就依靠火箭發動機往後噴氣,不需要推什麼,只是發動機往後使用了作用力,飛船爲了抵消往後的作用力,就反作用力往前飛,往後產生的動能與往前的動能是相等的,必須相互抵消。
在大氣層內,飛機發動機要依靠空氣中的氧來助燃,太空中沒有氧,火箭發動機只能用自己攜帶助燃劑混合燃燒劑一起才能燃燒,因此飛機發動機與飛船使用的火箭發動機是不一樣的。如運載火箭是用煤油、酒精、偏二甲肼、液態氫等作爲燃燒劑,用液態氧、四氧化二氮等作爲氧化劑助燃,燃燒劑和氧化劑通稱爲火箭發動機推進劑。
月球上起飛比地球上容易。
在地球上發射火箭升空,需要克服兩個問題,一個是空氣阻力,另一個是地球重力。重力是引力的表現,引力越大重力越大,而引力是與質量成正比與距離平方成反比的,也就是說,質量越大,引力越大,重力就越大;距離越遠引力和重力影響就越小。
地球重力達到9.8N/kg,要與這個重力拉扯抗衡,所需達到的速度至少要有7.9km/s,但這只是環繞速度,就是可以飛到天上,如果一直保持這個速度,就不會被地球引力拉扯下來,但也飛不出地球引力;要脫離地球引力(逃逸速度)需達到11.2km/s。
在地球上不但要克服地球重力,還要克服空氣阻力,因此達到這個速度就需要更多的燃料,因此現在運載火箭把有效載荷送上地球軌道,代價比在100:1左右,也就是起飛重量達到100噸的火箭,才能夠把1噸的有效載荷送上軌道。(題頭圖大致可以示意火箭與有效載荷之比)
而月球就不一樣了,它的質量只有地球的81分之一,引力形成的重力只有地球的約六分之一,在地球上6公斤的東西,月球上只有1公斤;月球逃逸速度只需2.4km/s,而且月球沒有大氣,這樣起飛就不需要克服空氣阻力,且重力很小,起飛所需燃料就要少多了。
因此,在月球上起飛要比在地球上起飛容易多了。
這就是嫦娥五號採樣能夠從月球上,用比較少的燃料就能夠起飛回到月球軌道,與等候在那裏的軌道器對接,然後提速進入月地高速通道返回的原因。
嫦娥五號在地球上起飛重量達到870噸,最終只將8.2噸的嫦娥五號探測器送入地月轉移軌道。嫦娥五號探測器由軌道器、返回器、着陸器、上升器四部分組成,在探測器的整個重量中,應該還包含着約1半的燃料重量,這些燃料在地月通道用於姿態調整和近月剎車變軌,降落月球以及返回過程。
實際上降落到月球的只有着陸器和上升器連體,而返回的只有上升器,着陸器就留在了月球上。據有關的資料稱這個上升器重量約500kg,在月球重力狀態下,只有約85kg,這樣,就並不需要多少燃料,上升6分鐘後就到達了月球軌道。在那裏,上升器與軌道器對接後,將樣品轉移到返回器裏,軌道器就帶着返回器一起通過地月轉移回到地球。
最終進入地球的只有返回器那個錐形的小罐體,不知道重量有多少,大概也就一兩百kg吧,這個返回器的主要功能就是送回月球採集的1731g樣品。別小看這不到2kg的樣品,這可是中國首次從地外天體返回來的物質,在世界上也是第三個擁這種能力的國家。
爲什麼去月球上要點火才能升空3
航天員去月球需要多久
宇航員飛到月球要8天16小時左右。
1、宇航員需要乘坐火箭從地面升空,然後進入地球軌道,這個時間是16個小時。繞地球飛行後,飛行器將上升到另一個軌道,離地球更遠,離月球更近。在這個軌道上,飛行器需要再飛行24小時才能進行下一個動作。
2、飛行器再次上升到48小時的軌道。前兩次繞地球飛行後,不能直接飛向月球,需要以48小時的週期上升到軌道。這時,已經過去了88個小時。然後飛行器可以開始加速到月球軌道,大約需要5天,也就是120個小時。當它接近月球軌道時,會被月球的引力捕獲。
3、飛行器停留在月球200公里的軌道上。飛行器減速後,會停留在距離月球表面200公里的軌道上,然後可以安全着陸在月球表面。我們可以計算出人們從地球到月球需要多長時間。前88小時加120小時大概需要208小時,也就是8天16小時左右。
阿波羅1號,從地球飛到月球需要75小時50分鐘,而我國嫦娥一號探測器飛到月球大約需要11-14天。美國阿波羅11登月飛船:整個飛行歷時8天3小時18分鐘,其中在月球飛行21小時18分鐘,實際飛行耗時7天6小時。
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