蔣雄杰

尋找宇宙的奧秘，探索廣闊而神秘的外太空，發(fā)現(xiàn)外星生物是人類自古以來的夢想。而真正為人類邁向太空提供科學(xué)方法的是俄羅斯科學(xué)家齊奧爾科夫斯基。他指出，采用噴氣發(fā)動機的多級火箭，是實現(xiàn)航空航天的唯一有效的方法。

宇宙穿梭機、星際飛船、導(dǎo)彈等都是以火箭為動力，火箭的原理實質(zhì)上就是動量守恒定律?；鸺膬?nèi)部裝有燃料和氧化劑，它們經(jīng)過輸送泵進(jìn)入燃料室，燃燒生成的熾熱氣體向后噴射，獲得向后的動量，按動量守恒定律，火箭獲得向前的動量。燃料持續(xù)燃燒，不斷地向后噴出高溫、高壓、高速的氣體，由于反作用力，火箭不斷地向前運動，加速度很大，從而獲得很大的速度。

為什么要用火箭作為人造衛(wèi)星或其他人造天體的運載工具呢？（1）火箭自備氧化劑和燃料，在真空的地方也能飛行。（2）根據(jù)火箭的特點，它的推力和大氣壓強有關(guān)，大氣壓低，氣體在噴口處受到的空氣阻力小，向后噴出的氣體速度較大，從而使火箭得到極大的向前的速度，因為離地越高，大氣壓越低甚至真空大氣壓為零，火箭推力離地越高，推力越大。所以，火箭發(fā)動機最適合作為太空動力。

實際上，在發(fā)射人造衛(wèi)星或空間站時，都采用“多級火箭”。一般是三級或四級火箭，發(fā)射時，較大的第一級火箭燃燒結(jié)束，便自動脫落，然后是第二級和第三級火箭依次點火工作，工作結(jié)束后自動分離脫落，到達(dá)預(yù)定位置后，把人造衛(wèi)星彈射出去，送入接近位置，狀態(tài)調(diào)整，進(jìn)入預(yù)定軌道。采用多級火箭的優(yōu)點在于可以不斷減少火箭整體的質(zhì)量，根據(jù)動量守恒，使火箭達(dá)到的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過比用同樣質(zhì)量燃料的單級火箭所能達(dá)到的高度。

多級火箭除了具有極好的加速性能外，還有一些其他重要特點。（1）多級火箭每級的工作都是相對獨立的。（2）它們的工作高度區(qū)間不一樣，工作環(huán)境也不一樣，因此可以根據(jù)環(huán)境和條件的不同使用不同級別的噴氣式發(fā)動機。（3）每級火箭燃燒結(jié)束時發(fā)動機有一轉(zhuǎn)換過程，加速度會降為零。根據(jù)牛頓定律，如果發(fā)動機一直加速，加速度不斷上升，會超過人能承受的加速度極限，危及宇航員的生命，所以加速度變?yōu)榱氵@載人火箭是尤其必要的。

為了獲得更大的速度到達(dá)更遠(yuǎn)的外太空，是不是級數(shù)越多越好呢？實際不是這樣的，因為火箭的級數(shù)越多，造價越高昂，火箭的建造越復(fù)雜，故障率會升高，工作可靠性無法保證，不能保證達(dá)到預(yù)期目的。所以，一般常用的只是二級、三級或四級火箭。

1992年，中國載人航天工程正式啟動。我國神舟系列宇宙飛船成功發(fā)射，把中國多名航天員送入太空。飛船載荷也越來越大，載人艙從搭乘一名宇航員發(fā)展到三名宇航員。2013年神舟十號完成了神舟飛船與天宮一號的交互對接，三民宇航員在空間站生活了較長一段時間，這次成功的飛行實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標(biāo)志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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？誗編輯 鄭 淼