在发射“神舟号”飞船时,随着“点火”口令下达,发动机会发出震耳欲聋的声音,推举总质量为几百吨的火箭和飞船组合体冉冉上升。为什么火箭会有这么大的“力气”?
火箭飞行速度取决于火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比。发动机的喷气速度越大,火箭飞行的速度越快;火箭的质量比越大,火箭飞行能达到的速度就越大。其中,火箭发动机的喷气速度,由发动机的设计水平和推进剂的比冲决定。发动机的设计水平越高,所获得的能量效率越高,火箭发动机的喷气速度越大;推进剂的比冲越高,发动机的喷气速度就越大。火箭的质量比是火箭起飞时的质量(含推进剂)与发动机关机(熄火)时刻的火箭质量(推进剂燃烧尽)之比。质量比越大,火箭的结构质量就越小,所携带的推进剂越多。随着推进剂质量的减少,助推器和各级火箭的脱落,火箭质量越来越小,速度越来越快,最终,载荷被送入预定轨道。
当第一级火箭的发动机点燃后,火箭就开始脱离发射架上升。几秒后,火箭完全通过发射塔。在离开地面后的几秒内,火箭一直保持垂直飞行。之后,发动机喷管的万向节按预定程序旋转,产生横向推力,使火箭从垂直角度稍微倾斜。在第一级推进剂烧完时,重力使火箭缓慢地从微倾斜角度转入水平方向的飞行。这一过程被称为“重力转弯”,帮助火箭从以上升为主转向向前推进,以提高所需的速度。
第一级火箭的推进剂烧完后,爆炸螺栓使其与火箭的其余部分分离。这时,第二级火箭开始点火,继续加速飞行。此时,火箭已飞行2-3分钟,质量大大减轻,所以即使第二级火箭产生的推力不如第一级大,火箭加速也要比先前快很多。在高度达到150-200千米/时,火箭已飞出稠密大气层,按预定程序抛掉整流罩,进一步减轻火箭发动机加速的质量负担。
有些火箭的第二级推进剂常常在火箭快接近轨道速度时燃烧完毕,爆炸螺栓使第二级火箭与有效载荷分离。这时,有效载荷上的推力器将把它送入最终的轨道,同时,第二级火箭落入大气层,最终靠空气摩擦使它燃烧,变成灰烬。这样可以避免第二级火箭的空壳留在太空,成为太空垃圾。 周武