神舟十七号成功发射,垂直发射的火箭如何使飞船变成环绕飞行的?

神舟十七号成功发射,垂直发射的火箭如何使飞船变成环绕飞行的?

首页模拟经营火箭飞行发射更新时间:2024-05-11

10月26日11时14分,搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约10分钟后,宇宙飞船被送入预定轨道。有网友不禁会问,火箭明明是垂直发射,但是宇宙飞船为什么会环绕地球运行呢?难不成是飞到预定高度之后宇宙飞船又开始从0加速按照轨道飞行?

我们知道宇宙飞船或空间站之所以能在太空飞行而不落入地面,是因为飞船或者空间站在环绕地球飞行时产生的惯性离心力和来自地球的引力相互抵消。地球质量约为5.965*10^24kg,地球半径约6478km,由万有引力定律F=GMm/r²与向心力计算公式F=mv²/r可知,如果宇宙飞船在地表能达到7.9公里每秒的飞行速度,那么惯性离心力将和地球的引力相互抵消,飞船也就不会向下坠落。同样,随着飞船轨道半径的增大,飞船距离地球越来越远,二者直径的引力也会变小,因此在更高轨道环绕地球飞行的宇宙飞船,其速度是低于7.9公里每秒的,我国的天宫空间站距离地表约400公里,其环绕飞行速度约每秒7.68千米。

由此可知,如果火箭垂直发射是无法为宇宙飞船提供运行的环绕速度的,这就造成即使宇宙飞船能达到轨道高度,一旦失去火箭的推力宇宙飞船也会在地心引力的作用下重新落回地表。因此真正的火箭飞行轨迹其实是弯曲的,火箭在为使宇宙飞船入轨飞行,在上升的过程中还必须提供地球切线方向的速度分量,使宇宙飞船获得轨道速度。

那么宇宙飞船是什么时候开始获得入轨初速度的呢?其实仔细听本次神舟十七号发射视频就能发现,工作人员在火箭升空后大约十五秒时发出操作指令“程序转弯”,此时火箭的飞行方向会由垂直向上逐渐倾斜最终成平行于地表方向飞行,因此完成发射后坠落的火箭残骸并不会坠落在发射点。

既然火箭发射需要程序转弯,那么为什么不直接“倾斜”发射呢?首先来说,运载火箭不是战争中使用的火箭炮,它更大更重,如果倾斜发射运载火箭就需要特殊的发射塔架,而且发射过程中还会和发射塔架产生摩擦。除此之外运载火箭飞行主要面对的阻力有两个,一个是地心引力,另一个则是空气阻力,我们自动地球是被大气层所包裹的,海拔越低空气密度越大,对火箭飞行产生的阻力也越大,因此一开始火箭垂直升空才能在最短的距离上减弱空气阻力的影响从而节省燃料消耗。

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