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  • 1 # 使用者9142806579856

    發射火箭,主要需要克服重力和空氣阻力影響,此外,還要考慮大氣高層比底層稀薄,地球是圓的,地球是自西向東自轉等其他因素。

    最容易想到的發射辦法是火箭垂直髮射,到達預定高度後轉90度,再加速得到足夠的水平速度,最後進入軌道。

    這個垂直髮射,很顯然,需要加速度比重力大才行。如果推力不足以克服重力,飛都飛不起來,燒多少燃料都白搭。

    那麼,有木有辦法讓火箭出力較小就能動起來呢?有的,把火箭橫著放,就不用考慮重力影響,只考慮空氣阻力了,如果向東還可以藉助地球自轉。

    但是,火箭橫著放,很明顯,火箭沒什麼輪子支撐,也沒有翅膀升力支撐,會一頭栽下去。

    等等,地球是圓的,還有個力可以利用,離心力!

    如果水平速度足夠,離心力就足以克服重力影響。

    但是,這個速度不是一開始就有的,所以火箭還得垂直髮射,然後逐漸傾斜,獲得水平速度,讓離心力分擔一部分水平維持力。

    由於地球是圓的,還是自轉的,向東傾斜前進還使得重力變為一部分水平方向推力。

    現在我們知道火箭初始垂直髮射,然後改為向東傾斜比較好,比較節省燃料。

    但這裡還有個問題,火箭如何保持住傾斜姿態?

    為了克服空氣阻力,火箭通常是細長的,重心多半在中部偏下,火箭發動機多半在後部,也就是推力中心在後部。

    對一個傾斜的火箭,想不發生翻滾,就得在火箭軸向方向上施加足夠大的力,不然火箭會倒下去,也就是要保持足夠的軸向加速度。

    火箭發動機可以在小角度微調推力方向,但也就是小角度,對火箭圍繞重心的轉動作用力很小,再就是靠尾翼(還不能太大,大了阻力大)和離心力維持平衡,陀螺儀和rcs也可以輔助平衡,但也僅是微動。

    由於低層大氣密度大,阻力也大,因此儘快提高高度很有必要,也就是加速度要大。

    火箭原理是高速排氣,還受奧伯特效應影響,就是速度越快,推進效果越好。這點其他答主已有解釋,我不重複了。

    最後,綜合考慮各種因素,得到這樣的軌跡,這個是最節省燃料的。

    前面說了一堆,就是火箭如果加速度或者說是推力不夠大的話,無法按這個軌跡執行。

    如果加速度很大,也就是推重比大,甚至可以一開始就傾斜發射。

    想想看,如果火箭可以加速度很大,很短時間就可以把火箭速度提到很高,是不是直接接近水平發射也可以?但這在地球上不可以,因為有空氣阻力。

    有人想出來另外的辦法,把火箭帶到高空,同時給火箭一個初始水平速度,那就是下面的圖,平流層,不過還沒實現。

    還有個辦法,不需要很大的推力,就是空天飛機。像飛機一樣起飛,在低空依靠機翼平衡,提供升力,保持水平,不斷加速,直到衝出大氣層。

    但這隻存在於遊戲中,因為發動機無法同時適應低層和高層大氣,工作效率不同。飛機形狀兼顧高低層大氣也很難。

    再一個,隨著燃料減少,整機重心變化,動平衡要重新調整,這都不容易。

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