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火箭為什麼可以在真空中飛行?

  • 由 資深機械設計師 發表于 動作武俠
  • 2023-02-02
簡介因此當1920年,美國科學家哥達德第一次進行大氣層火箭實驗併發布其真空飛行理論時,即遭到了當時主流科學界及社會人士的猛烈抨擊和嘲諷,評論認為:“他不知道作用與反作用的關係,不瞭解需要有一種比真空更好的東西作為反作用物件”羅伯特·哥達德—火箭

火箭為什麼在真空能點燃

火箭、太空梭、宇宙飛船等可以在外太空的真空環境中自主飛行,如今看似一個常識性的問題。其實從該理論提出到現在才100多年時間,初期還經歷了很多非議。連19世紀著名的科幻小說作家儒勒·凡爾納,在想象登陸月球的場景也是採用了用大炮發射飛船,靠慣性飛往月球的手法。

火箭為什麼可以在真空中飛行?

儒勒·凡爾納科幻小說《從地球到月球》

也即是說,當時的人們按照生活常識,對於牛頓第三定律的理解,必須要存在受力介質才能提供反作用力,就如同大力士不能舉起自己的悖論一樣。在沒有任何受力介質的宇宙真空中,飛行器只能憑慣性滑行,無法自主飛行。因此當1920年,美國科學家哥達德第一次進行大氣層火箭實驗併發布其真空飛行理論時,即遭到了當時主流科學界及社會人士的猛烈抨擊和嘲諷,評論認為:“他不知道作用與反作用的關係,不瞭解需要有一種比真空更好的東西作為反作用物件”

火箭為什麼可以在真空中飛行?

羅伯特·哥達德—火箭領域的先驅者之一

而真正讓人們認清真理的是戰爭,V-2火箭是第二次世界大戰時德國研製的彈道導彈。它是第一種超聲速火箭,為現代航天運載火箭和遠端導彈的先驅。推進劑為酒精和液氧,有效載荷為約 907 公斤的烈性炸藥,水平射程為321公里,最大高度通常可達96公里。馮·布勞恩博士帶領下的團隊於1936年開始研製,到二戰末期的1944年才應用於實戰。雖然是一款殘酷的殺人武器,但它第一次證實了火箭真空飛行的可行性。

火箭為什麼可以在真空中飛行?

德國研製的V2飛彈

目前公認的火箭理論三大先驅者分別是:蘇聯的康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基、美國的羅伯特·哥達德和德國的赫爾曼·奧伯特。他們之間有互相支援的經歷,當時是純粹的少數派。不過現在我們通常使用反衝運動來解釋,火箭在自由空間連續噴射高速氣流時,噴出的氣體具有很大的動量,由動量守恆定律可知,火箭此時合外力為零,獲得相等的向前的動量。即使噴出的氣流相對於地面的速度方向與火箭的運動相同,只要有速度差,火箭仍能向前加速。

火箭為什麼可以在真空中飛行?

依據動量守恆的火箭飛行原理計算

到今天火箭技術仍然承襲著前輩們的理論,只是燃料、控制水平與規格大幅增強而已,也僅達到儒勒·凡爾納登陸月球的想象水準範圍之中。

火箭為什麼可以在真空中飛行?

火箭在太空中飛行

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