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第4部分

,使得它的下落軌跡正好沿著彎曲的地球表面運動,所以能夠保持環繞地球執行),就好像在一個自由下落的電梯裡,重力將暫時消失一樣。自由下落的空間站中的乘員所感受的正是這樣一種零重力狀態。我們應該清楚軌道飛行中的物體可能是失重的,但絕不是沒有質量的。

有的解釋說航天器之所以不掉下來,是因為物體圍繞地球作圓周運動產生的離心力與地球引力相平衡的結果。如果事實果真如此,那又怎麼解釋,有的航天器並不作圓周運動,而是做拋物線或雙曲線等非封閉曲線運動,它們沒有〃離心力〃作用,為何也不掉下來呢?力的存在必須有產生力的力源,而所謂〃離心力〃或〃慣性離心力〃的力源是不存在的。它只是一種為了便於分析計算(使牛頓定律在非慣性座標系中仍能正確應用)而提出的一種假想力。離心慣性力實際上並不存在,也不作用在所研究的航天器上,所以它不能與其它作用在航天器的力(例如重力)保持平衡。

在牛頓定律中第一定律涉及到慣性的特性。在沒有外力作用時,運動中的物體將保持直線運動,而靜止的物體,如果沒有外力作用,同樣仍是保持靜止的狀態。例如,靜止的航天器不會自發的開始運動,必須有東西先推它一下或拉一下。反過來,運動中的航天器如果沒有被某個東西施加作用,亦不會自己就停止、減速、加速或改變方向。

這樣我們就可以討論為什麼航天飛行器無需多少推進劑就可保持軌道速度,而飛機則必須不斷的消耗燃料才能飛行?飛機在飛行中要受到外部的空氣阻力,這個阻力會使飛機減速,要克服這個力就需要燃料為飛機提供動力。而在太空中飛行的航天器,所受到空氣阻力的影響非常的小,結果飛行器達到軌道速度後無需繼續消耗推進劑就可保持速度,由於地球引力所提供的力量就可令其沿著地球的表面做圓形軌道運動,而不是順直線飛離地球。

第二定律規定,力往往會導致物體改變速度。較強的力會使物體更快的加速或減速,對不同質量的物體要得到相同的加速或減速效果,所需的力也不同,質量大的物體所需的力要大於質量小的物體。在航天器的運動中,工程師可以據此計算出改變衛星運動所需的力。

第三定律揭示了火箭運動的基本原理。任何一物體推動另一物體時都有一個等量的力反作用於它本身。當火箭將燃燒的氣體從排氣管高速噴出時,這些氣體反過來又把火箭向相反的方向推去。在航天技術中對透過排出氣體產生的作用力稱為發動機推力。

和很多人的想法不同,火箭並不靠推動外部空氣向前運動。相反,由於有空氣的存在,排出的氣體與空氣分子摩擦後往往會降低速度,這就減少了排氣送給火箭的力,同時空氣也對艦體產生阻力,從而降低了火箭的前進速度,所以火箭在太空的工作效率要比在大氣層內的高。

火箭學:簡單火箭的結構

簡單的火箭包括一個高細的圓柱體,由相對較薄的金屬製造而成。在這個圓柱記憶體放著火箭發動機的燃料和補給燃料罐,而為火箭提供推進力的發動機則放在圓柱的底部。發動機的底部是看起來像一個鐘形的噴管,發動機透過一個裝置——燃料輸送系統可把原始的火箭燃料注入噴管頂部的燃燒室,燃料在這裡燃燒,轉化成易於向四處擴散的熱氣體。然後,噴管把擴散的熱氣匯入與目標運動方向相反的方向。為了給火箭提供平衡的升力,通常噴管的指向是與一條從上之下貫穿火箭中心的虛擬線平行對稱排列的,不過,大多數火箭尤其是大型火箭都能使其噴管偏離虛擬的中線幾度,這叫做萬向連線,可為飛行中的火箭提供一定的操縱能力。

在圓柱體的上部裝有一箇中空的流線型圓錐體,錐體的底座接在圓柱體上,錐尖朝上。這種圓錐體的造型使火箭接觸空氣的橫截面達到最小,橫截面積的縮小就減少了火箭排開空氣所必需消耗的能量。一般來說,載人航天器或其它預備進入軌道的有效載荷都安放在火箭頂部的這個鼻錐內。在航天技術裡稱這個圓錐體為有效載荷整流罩或整流罩,火箭點火後的數分鐘,這個圓錐體對有效載荷提供保護,使其免受因火箭加速穿過大氣層下部而增強的風力的破壞。

火箭學:推進劑

火箭發動機的特點是同時使用兩種不同型別的化學物質來支援燃燒反應,產生熱排氣。這兩種化學物質就構成了火箭專家稱之為推進劑的東西。這兩種化學物質分別是燃料和氧化劑,燃料為火箭提供燃燒的物質以產生熱排氣,氧化劑為燃燒的過程供氧。我們應該知道所有的燃燒反應都要求有可燃物質和氧來支援。在大