在看到火箭發射之后,你可能會思考火箭燃料是由什么制成的。確切來說可能有兩種燃料被用在火箭上。燃料可以被分成液體燃料和固體燃料。
圖解: 由范登堡空軍基地發射的德爾塔-4重型運載火箭
使用固體燃料,這必須有燃料和氧化劑來制造固體燃料火箭。氧化劑是燃料燃燒時所需要的化學品。由于太空沒有大氣壓,火箭不得不自己攜帶燃料和氧化劑。最常見的固體燃料是鋁。為了讓鋁燃燒,這些固體燃料火箭使用高氯酸銨作為氧化劑。為了讓它們產生化學反應,鋁和高氯酸銨通過另一種稱為粘合劑的化合物結合在一起。當把它們混合在一起的時候,燃料會輕微的帶一些橡膠的黏稠度。這些橡膠物質最后被裝入殼中。隨著燃料的燃燒,熱量和能量會導致火箭內部升溫。水蒸氣和氣體噴射出火箭,導致火箭被推向天空。你會發現火箭上的許多助推器(不是主發射器)都使用固體燃料。這是這種燃料壽命短,燃燒速度非常快。
圖解:正在進行點火測試的RS-68火箭發動機
而主發動機更可能用的是液體燃料推動。液體燃料發動機由液氧和液氫組成。液氫作為燃料而液氧作為氧化劑。值得一提的是,氧化劑是幫助燃料燃燒的。氫需要是液體而不是氣體的形式,這是為了在火箭上擁有更小的罐。氣體很輕,所以這可能需要一個更大的罐來容納氫氣,而不是容納液體氫氣。液態氫和氧被釋放到發動機中,在那里它們開始結合用以產生水,就像固體燃料一樣,水蒸氣產生了能量和蒸汽。蒸汽的釋放讓火箭向上移動。
圖解:1926年美國教授羅伯特·戈達德試射首枚液體火箭
為了讓火箭從地面進入太空,火箭既需要固體燃料也需要液體燃料。你可能會想,火箭可以只帶液體燃料,因為液體燃料更高效而且在燃燒的時候能給更多的推力。然而,只有液體燃料的話需要一大罐的燃料,固體燃料能使火箭升空,增壓器從火箭上掉下來使火箭更輕,然后燃燒液體燃料使太空向上繼續移動。
圖解:在美國國家航空航天博物館展出的V-2火箭發動機
因此,火箭燃料可以被分成固體燃料和液體燃料,火箭發動機和助推器攜帶燃料和氧化劑。對于固體燃料來說,組成成分是鋁和高氯酸銨。對于液體燃料來說,組成成分是液態氫和液態氧。當他們結合后,燃料釋放水,讓火箭離開地面。
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火箭(來自意大利鏈“梭芯”),是從火箭發動機獲得推力的導彈。譬如航天器、飛機以及其他車輛。火箭發動機排氣完全由之前在火箭內攜帶的推進器形成。火箭發動機是通過行動和反應起作用,并且通過高速排出相反方向的排氣就能講火箭推向前方,因此它可以在空間得到真空中工作。
圖解:馮·布勞恩在美國太空和火箭中心與土星5號動態測試火箭第一級所用的F-1火箭發動機合影
事實上,火箭在太空中比在大氣層里更高效。多級火箭有能力獲取逃逸速度,因此可以實現無限的最大高度。與空氣發動機相比,火箭重量輕,功能強大,能夠產生大的加速度。為了控制它們的飛行,火箭依靠動量,翼型,輔助反應引擎,萬向節推力,動量輪,排氣流的偏轉,推進劑流動,旋轉或重力。
圖解:聯盟號運載火箭的助推級采用四個RD-107發動機,第一級(芯級)采用RD-108發動機,其均擁有四個固定的推力室,同時RD-107另有兩個游動推力室,RD-108則有四個游動推力室
火箭用于軍事和娛樂的用途至少可以追溯到13世紀的中國。直到20世紀才發生了重大的科學變化,行星際和工業用途。當時的火箭是太空時代的支撐技術,包括踏上地球的月球。火箭現在用于煙花、武器裝備、彈射座椅、人造衛星運載火箭、人類太空飛行以及空間探索。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. spacedictionary-小胡
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