火箭慢慢飞为什么不能飞出大气层？.docxVIP

火箭慢慢飞为什么不能飞出大气层？ 发射火箭必须达到第一宇宙速度才能飞出大气层，这是中学课本中就已经告诉我们了！这个第一宇宙速度最早是牛顿提出来的，进入宇航时代后就成了人类飞出地球的“秘籍”！从发射的第一颗卫星开始到正要远征火星的“天问一号”，一直都没有改变过！ 为什么要第一宇宙速度才能飞出地球？ 牛顿在1687年发表《自然科学的哲学原理》中一起发表了万有引力定律，揭示了宇宙中的天体之间的相互作用和地球上物体的自由落体运动，其实就是一个道理！ 天体之间的引力和它们的质量成正比，与距离的平方成反比 地球表面的自由落体运动，下落的物体和地球所受的引力是一样的，物体下落的同时，其实地球也向物体靠近了一丢丢 牛顿发现了万有引力之后，他也考虑了一种离开地球的方式，但其实他当时根本就没想到以后真的能用这种方法离开地球！那么是什么方法呢？ 《自然哲学的科学原理》中牛顿设想的离开地球的方法 看起来也非常简单，地球不是一个超级球体么，我们在地面上行进的时候其实是在绕一个半径大约6370千米的圆，不过到当时为止也只有为数不多的航海家完成了环球航行，绝大多数人只是绕了这将近4万千米左右的圆周一部分而已！ 那么当我们速度足够快时，这个绕地心同时会产生“离心力”，当“离心力”和重力相等时，这个物体就可以克服重力一直保持圆周运动而不至于落到地面上！而此时绕地球的线速度就是第一宇宙速度！ 0速度发射的情况，直接坠入原地 低于第一宇宙速度的情况，抛物线轨迹 等于第一宇宙发射，物体将绕地球公转 简单的理解就是“离心力”等于重力即可，这个速度在地表大约是7.9千米/秒，在近地轨道大约是7.8千米/秒，它会随着高度变换而出现变化。 离开地面的各种方法 尽管牛顿发现了离开地球的方法，但在他以后很长一段时间内都没有实现目标，甚至连飞翔都还没实现，一直到1783年蒙哥尔费兄弟发明了热气球！也许各位可能会有不同意见，我们中国人早就发明了热空气上升的孔明灯，但很可惜我们从来都没有将它用来载人！ 孔明灯 热气球能升到多高？ 热气球原理很简单，一个可以控制开合的大气球，底部用燃料加热，热空气膨胀密度减小，在大气层中就会产生静浮力，当静浮力大于其本身质量时就能克服重力上升！ 最早的热气球 1862年气象学家詹姆斯·格莱舍和气球飞行家艾米丽亚·雷恩，在未携带氧气的情况下，上升到了9144米，这是当时的极限水准了，并不是热气球不给力，而是人体对低含氧量环境的耐受能力，3000米以上，含氧量就降低到18%左右，人就开始不舒服了，5000米时就到了12%，10000米时就会到达人体耐受极限的6%以下，难以呼吸直至死亡。 现代实用耐压舱室的气球（氦气球）一般都可以达到40千米左右，比如2012年10月4日，Felix乘坐气球在距离地面高度的39045米处跳伞成功，此时大约是民航客机的5倍高度！ 但无论是热气球还是氦气球，都不可能突破大气层，因为它们本身需要大气作为介质！和热气球一样，飞机也无法离开大气层，因为飞机机翼需要空气来赋予其升力，离开了大气层同样寸步难行！而且飞机的极限升限还不如气球！ 双三的SR71，三马赫，3万米 轻易突破地球束缚的火箭 和热气球一样，火箭的原理人类早就发现了，这就是发明黑火药的中华民族，我们将它用来制作爆竹，这就是俗称的二踢脚！但很明显它很难用来将物体送入太空，但罗伯特·戈达德在1926年3月26日第一枚液体火箭试飞成功后，状态迅速被改变！ 罗伯特·戈达德和第一枚液体火箭 早在1919年，齐奥尔科夫斯基就已经发表了关于多级火箭的论文《太空火箭列车》，开启了多级火箭的概念，理论和工具的配合，是1957年10月4日苏联人在拜科努尔发射场用P-7洲际导弹改装的“卫星”号运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1”号送入轨道的关键！ 为什么要将火箭加速到第一宇宙速度，慢慢爬出去不行吗？ 齐奥尔科夫斯基的多级火箭理论是理解其中的关键，因为地球有一个厚厚的大气层（太空的标准是至少距离地面100千米），在内部飞行时阻力很大，因此环绕时必须要于此速度！ 那么有一个非常关键的要求就是，火箭起飞后必须尽快爬到净高度100千米以上，垂直穿透明显是最短的，但却有一个问题，火箭燃料有限，垂直爬高到100千米时燃料早已烧光，此时没有水平速度，那么火箭惯性上升一段时间后仍然会掉回地球！ 唯一的方法是垂直飞离低空大气层后迅速拐弯转向地球自转的方向，此时火箭的速度还可以加上地球自转的速度（赤道地区有460米/秒），能节省不少燃料！当火箭爬高到100多千米时，水平速度也许已经有4千米/秒，那么此时抛弃第一级火箭的死重，然后启动二级火箭，将其加速到接近第一宇宙速度，接力后已经可以在低轨道环绕了！如果这个轨道不是想要的高度的话，还可以抛弃二级、启动三级火箭继续爬高到想要的轨道。 慢慢爬要多高才能