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为什么火箭在太空里还能飞(运载火箭可以飞出大气层)

时间:2023-08-05 作者: 小编 阅读量: 5 栏目名: 高考资讯

运载火箭可以飞出大气层图一,民用固定翼飞机第一,太阳系的概述图二,太阳与8大行星太阳系以太阳为中心,8个很大的星球围绕着太阳转圈圈——转的是类似“哈密瓜”(橄榄球)样的椭圆形圈圈这8个大星球就是太阳的行星,除了这8大行星外。

图一,民用固定翼飞机

第一,太阳系的概述

图二,太阳与8大行星

太阳系以太阳为中心,8个很大的星球围绕着太阳转圈圈——转的是类似“哈密瓜”(橄榄球)样的椭圆形圈圈。这8个大星球就是太阳的行星,除了这8大行星外,还有很多小行星、流星、慧星、外海王星天体、星际尘埃等等。

地球绕太阳转圈称为公转!转一圈所用的时间就是地球上的一年,地球绕太阳转圈时的平均速度是29.783公里/秒。请注意:是1秒钟飞29.783公里!

图三,8大行星与太阳的远近示意图

以太阳为中心,距离由近到远,8大行星的位置排序如上图。

太阳的直径大约是1392000千米(近140万公里),是地球直径的约109倍;太阳的体积是地球的130万倍;太阳的质量(约等于重量)大约是1.9891×10³º千克——到底是多少已经数不出来了!地球的质量大约是60万亿亿吨,太阳的质量比地球的质量大33万倍!已经分辩不清楚正确与否了!只知道太阳很大。

以太阳为中心的太阳系的直径大约是120亿千米,太阳的质量占整个太阳系质量的99.86%!太阳质量的大约四分之三是氢气!剩下的四分之一中绝大多数是氦,其它物质如氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%。太阳以核聚变的方式向太空释放光和热。太阳以巨大的质量和强大的能量成为太阳系的主宰!牢牢的“吸引”着太阳系里的8大行星和其它小小星们!

第二,地球概述

地球的物理数据,重量大约是60万亿亿吨!直径大约是12742千米,赤道周长大约是40075千米。

神奇的是地球还有一个大气层!大气层由多种气体组成,各种气体所占百分比大约如下:

氮气(N₂)大约占78%,氧气(O₂)大约占21%,其他气体大约占1%,其中稀有气体约占0.94%,二氧化碳(CO₂)约占0.03%,水蒸气和杂质约占0.03%。

请注意,氢气没有上榜!其实氢气在大气层内的含量非常低,只有二百万分之一!而且大多数氢气集中在大气层的顶层。比例太低,所处位置又太高,可以忽略不计了!人类可以通过化学方法制取氢气。

大气层是有疏、密之分的,从海平面开始随着海拔高度的升高,大气的密度也越来越低。

图四,大气层各层级示意图

科学家按温度变化的特点,把大气层分成5个层次,分别是对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。

1、对流层,从地面到高空11千米——15千米左右,大气层的最底层,占整个大气层质量的四分之三和几乎全部的水汽量。温度随高度增高而降低,在11千米附近温度降低到大约零下55°C(— 55摄氏度),大气密度也随高度的增高而越来越小。

对流层内大气活动剧烈、频繁,天气变化大,因此在不同的季节里,风、云、雨、雪、雾、露、雷、雹不时呈现。

对流层的顶部,又称为对流层顶,在这个小层次里,温度不再降低,天气变化也很小,因此,这个高度的天经常晴空万里,能见度非常好,气流平稳,是民用客机的理想巡航高度层!

2、平流层,从对流层的顶部到大约55千米高空处。平流层的底部约15千米——约25千米范围内,因臭氧浓度最大而称为臭氧层。臭氧可以吸收大量的太阳热量,这一层内温度会随高度升高而降低。

3、中间层,是指约55千米——约80千米范围内。温度变化又随高度增高而降低,在约80千米处,温度大约为—90°C (零下90摄氏度)。

中间层再往上,空气非常稀薄,普遍认为:在大约80千米——100千米范围内飞行的飞行器,可以称为航天器,飞行员可以称为宇航员!

4、热层,从大约80千米再往上,直到大约500千米处。空气更加稀薄,但极少的空气分子因受太阳紫外线的辐射而剧烈运动,导致热层的温度非常高,在太阳活动剧烈时,温度可以达到2000°C !即使在太阳活动不那么剧烈时,温度依然可以达到1000°C 以上。

5、逃逸层,500千米以上就是外大气层了!空气极少,地球的“引力”也是“强弩之末”了!再也“抓不住”空气分子了!空气分子就一个、又一个的逃离地球,奔向太空!

人类的绝大部分航天活动都是在逃逸层内进行的!有少部分还要超越逃逸层,彻底摆脱地球,飞向太阳系,飞向更远的太空!注意图四中,飞机的飞行高度明显“超高度”了!民用客机的巡航高度一般在12千米以下,少部分商务客机可以达到15千米左右的高度。

第三,运载火箭。

图五,运载火箭示意图,载两颗卫星,有两级火箭。

以图五为例,该火箭共有两级。第一级火箭有两种发动机,一种是50吨的氢氧发动机,用液态氢做燃料,用液态氧做氧化剂;另一种是120吨的液氧煤油发动机,用煤油做燃料,用液态氧做氧化剂。

第一级火箭把整个火箭“推到”一定的高度,液态氧、液态氢、煤油都烧完了!第一级火箭会与第二级火箭脱离!让它自己溅落到无人区的地面或者是海洋里,目的是减轻整个火箭的重量!

随后,第二级火箭的YF —75D发动机点火工作,“推动”剩余的部分继续“爬升”,当到达卫星的设计轨道高度时,第二级火箭亦会与卫星分离,并在随后的一定时间里,受地球引力的吸引而逐渐坠落到无人区的海洋里!

卫星的整流罩具备耐高温的能力!在飞过大气层的“热层”后的适当时候,也会与火箭分离、脱落。

最终,到达设定轨道高度的就只有“卫星(载荷)”那一小部分!其它的火箭发动机、整流罩、燃料箱等,全部都是“一路爬升、一路抛弃”!

太空轨道高度的划分:

1000千米以下是近地轨道(LEO )。

1000千米—20000千米是中、高轨道。

20000千米以上是高轨道(GTO )。

地球同步轨道高度35900千米。

看看运载能力最大的运载火箭的数据,美国私立太空公司SpaceX 的“重型猎鹰”运载火箭,主要数据如下:

高70米,总质量是1420.8吨,第一级火箭推力达2280吨;第二级火箭推力为95吨。到达地球近地轨道载重63.8吨,到达地球同步轨道载重26.7吨。

再看看中国的某型号火箭的数据:

高56.97米,总质量867吨,第一级火箭推力达1078吨;第二级火箭推力达18吨。到达地球近地轨道载重25吨,到达地球同步轨道载重14吨。

从以上内容可以得出运载火箭的以下几个特点:

1、起飞总重都很大!近千吨、千吨以上。需带很多的燃料和氧化剂。

2,发动机的总推力都很大!千吨以上、两千吨以上。

3,需自带燃料(液氢等)和助燃剂(液氧)。

4,运载火箭箭体升空过程中要耐高温!需要安全“穿越”大气层的“热层”。

5,运载火箭在火箭发动机的推动下,从静止状态开始逐渐加速,必须使运载火箭的速度达到7.9千米/秒以上,例如,达到8.8千米/秒时,火箭运载上的卫星脱离火箭后,卫星才可以平稳的绕着地球转圈圈而不“掉下来”!此时,卫星的地位与月亮类似,都是地球的卫星!

如果速度达不到7.9千米/秒,那么,卫星会慢慢的被地球“吸回去”!地球的引力也是很强大的。

速度越快,表示可以飞离地球越远!当速度达到11.2千米/秒以上时,例如达到15千米/秒时,运载火箭运输上去的飞行器,就会完全脱离地球的引力,而成为太阳的一颗“小行星”!地位与地球一样。

当运载火箭的速度达到16.7千米/秒以上时,例如达到18千米/秒时,运载火箭就会慢慢完全摆脱太阳的引力,飞向银河系,成为一颗理论上与太阳“地位平等”的“不发光”的“假恒星”!

请注意速度的单位是每1秒钟飞多少千米!换算成小时速度,即是:7.9千米/秒=28440千米/小时11.2千米/秒=40320千米/小时16.7千米/秒=60120千米/小时汽车最高限速120千米/小时民用客机飞行速度1000千米/小时左右声音的传播速度在空气中、1个标准大气压下、温度15ºC 时,340米/秒=1224千米/小时

好了!看到这里,你可以有很多理由回答问题:飞机飞不出大气层,到不了太空!

我的答案是飞机飞的太慢了!所以到不了太空!还有那些原因使飞机进入不了太空?你来说一个!看看对不对!
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