火箭如何产生宇宙速度?

　　理论研究和迄今的实践都证明，火箭飞行速度决定于火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比。发动机的喷气速度越高，火箭飞行的速度越高；火箭的质量比越大，火箭飞行能达到的速度就越高。　<p>　　</p><p>　　火箭的质量比是火箭起飞时的质量（包括推进剂在内的质量）与发动机关机（熄火）时刻的火箭质量（火箭的结构质量，即净重）之比。因此，质量比大，就意味着火箭的结构质量小，所携带的推进剂多。</p><p>　　</p><p>　　火箭发动机的喷气速度，决定于推进剂的性能和发动机的设计水平。推进剂的能量越高，可获得的喷气速度越高；设计水平越高，所获得的能量效率越高。</p><p>　　</p><p>　　能量效率是指推进剂燃烧的热化学能转变为高速排气的动能的效率。它包括推进剂的燃烧效率、发动机喷管效率和发动机的循环效率。能量效率越高，排气速度越高。</p><p>　　</p><p>　　在齐奥尔科夫斯基提出火箭公式的1903年，自然无从谈及火箭发动机的设计水平，就是公认的理想燃料液氢在当时也制造不出来。计算表明，用液氧、煤油等作推进剂的单级火箭是无法达到宇宙速度的。即使用液氢液氧作推进剂，喷气速度也只能达到4.2千米/秒，其单级火箭还是无法达到约8千米/秒的第一宇宙速度。因为考虑到空气阻力，从地面起飞的火箭，实际上应达到9.5千米/秒以上的速度。这样一来，火箭的质量比应达到11以上才行。也就是说，推进剂应占火箭总质量的91%以上，这比蛋清蛋黄占整枚鸡蛋的份量比例还大，像软皮蛋一样单薄的火箭是造不出来的，即使造出来了也无法使用。</p><p>　　</p><p>　　但是，科学的思想不应钻牛角尖，退一步或拐个弯就海阔天空。齐奥尔科夫斯基正是这样。他设想用多级火箭接力的办法来达到宇宙速度，就是在火箭垂直发射时，让最下面一级先工作，完成任务后脱离，接着启动上面一级，进一步提高速度。这样轻装前进，逐级提高，总能达到所需要的宇宙速度。</p><p>　　</p><p>　　采用多级火箭发射航天器，现在看来似乎是很平常的事，但在大约百年前，却是了不起的思想突破，是构筑宇宙航行大道石破天惊、振聋发聩的巨大里程碑。</p><p>　　</p><p>　　当然，火箭的级数不可能无限制地增加，因为对下面一级火箭来说，前面的各级火箭都是它的有效载荷。理论计算和实践经验表明，每增加l份有效载荷，火箭需要增加l0份以上的质量来承受，随着火箭级数的增加，使最下面的一级和随后的几级变得越来越庞大，以致于无法起飞。多级火箭一般不超过4级。</p><p>　　</p><p>　　</p><br />