为什么发射火箭为什么要分级?带你了解背后的原理
“航天之父”齐奥尔科夫斯基曾说 ， 地球是人类的摇篮 ， 但人类不可能永远被束缚在摇篮里 。人类要想走出地球 ， 首先需要摆脱地球引力的束缚 ， 这就需要具备很大的速度 ， 这个速度叫第一宇宙速度 ， 它大概为7.9公里每秒 。
众所周知 ， 我国的高铁技术全球领先 ， 复兴号设计运营时速能达到350公里每小时 ， 从北京到上海只要大概5个小时 。然而 ， 复兴号高铁相较于航天器 ， 简直是小巫见大巫 。这段路程对于以第一宇宙速度飞行的航天器来说用不到5分钟 ， 可以想象航天器的速度有多快了 ， 航天器获得这么高的速度靠的是多级运载火箭 。那么问题来了 ， 单级火箭可不可以把航天器送上天？为什么要使用多级火箭呢？
提到火箭分级 ， 不得不提到齐奥尔科夫斯基 ， 让火箭飞向太空探测宇宙就是他最先提出来的 。这位科学家的贡献还不限于此 ， 他还提出了著名的火箭运动方程式(这个公式被后人称为齐奥尔科夫斯基公式 ， 其奠定了火箭飞行理论的基础) ， 即火箭最终的速度等于火箭的喷气速度与火箭质量比的对数的乘积 。
火箭的质量比是指火箭的原始质量与火箭的最后质量的比值 。在经过一系列数学运算以后 ， 他又指出 ， 对于使用某种推进剂火箭来说 ， 要使最终速度达到第一宇宙速度 ， 火箭的质量比要非常之大 ， 火箭的壳体将要做的非常薄 ， 甚至比鸡蛋壳还要薄 。如此严酷的条件 ， 还要耐受高温、高压、真空等恶劣工作环境 ， 火箭升空真的很不容易 。
使用单级火箭来提高火箭的质量比遇到了瓶颈 ， 如何提高火箭的质量比 ， 便成为一个亟待解决的课题 。齐奥尔科夫斯基为解决这一难题作出了贡献 ， 提出了把火箭分级的方案 。
通过把火箭分级 ， 多级火箭在每级工作结束后可以抛掉不需要的质量 ， 提高了火箭的质量比 ， 因而在火箭飞行过程中 ， 能够获得更好的加速性能 ， 逐步达到预定的飞行速度 。多级火箭各级发动机也是独立工作的 ， 可以按照每一级的飞行条件设计发动机 ， 使发动机处于最佳工作状态 ， 更好地提高了火箭的飞行性能 。
那是不是火箭的级数越高越好了？理论上确实如此 ， 级数越高 ， 意味着抛掉的多余质量越多 ， 火箭的质量比就越大 ， 能达到的飞行速度就越高 。但是级数太多 ， 每级之间的连接和分离机构部分也要相应增多 ， 这也会影响火箭的整体重量和强度 ， 并带来一些复杂的技术问题 ， 可靠性也会降低 。所以 ， 现代火箭往往用两级、三级或四级火箭(四级火箭即末级火箭)来发射人造地球卫星 。
总的来看 ， 火箭目前是唯一能达到宇宙速度、摆脱地球引力、进入宇宙空间的运载工具 。火箭的分级能够提高火箭的质量比 ， 从而提高火箭的发射速度 ， 所以现在发射卫星使用的皆是多级火箭 。
【为什么发射火箭为什么要分级?带你了解背后的原理】(华龙网综合)
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