火箭运动原理

寻找宇宙的奥秘，探索广阔而神秘的外太空，发现外星生物是人类自古以来的梦想。而真正为人类迈向太空提供科学方法的是俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基。他指出，采用喷气发动机的多级火箭，是实现航空航天的唯一有效的方法。

宇宙穿梭机、星际飞船、导弹等都是以火箭为动力，火箭的原理实质上就是动量守恒定律。火箭的内部装有燃料和氧化剂，它们经过输送泵进入燃料室，燃烧生成的炽热气体向后喷射，获得向后的动量，按动量守恒定律，火箭获得向前的动量。燃料持续燃烧，不断地向后喷出高温、高压、高速的气体，由于反作用力，火箭不断地向前运动，加速度很大，从而获得很大的速度。

为什么要用火箭作为人造卫星或其他人造天体的运载工具呢？（1）火箭自备氧化剂和燃料，在真空的地方也能飞行。（2）根据火箭的特点，它的推力和大气压强有关，大气压低，气体在喷口处受到的空气阻力小，向后喷出的气体速度较大，从而使火箭得到极大的向前的速度，因为离地越高，大气压越低甚至真空大气压为零，火箭推力离地越高，推力越大。所以，火箭发动机最适合作为太空动力。

实际上，在发射人造卫星或空间站时，都采用“多级火箭”。一般是三级或四级火箭，发射时，较大的第一级火箭燃烧结束，便自动脱落，然后是第二级和第三级火箭依次点火工作，工作结束后自动分离脱落，到达预定位置后，把人造卫星弹射出去，送入接近位置，状态调整，进入预定轨道。采用多级火箭的优点在于可以不断减少火箭整体的质量，根据动量守恒，使火箭达到的高度远远超过比用同样质量燃料的单级火箭所能达到的高度。

多级火箭除了具有极好的加速性能外，还有一些其他重要特点。（1）多级火箭每级的工作都是相对独立的。（2）它们的工作高度区间不一样，工作环境也不一样，因此可以根据环境和条件的不同使用不同级别的喷气式发动机。（3）每级火箭燃烧结束时发动机有一转换过程，加速度会降为零。根据牛顿定律，如果发动机一直加速，加速度不断上升，会超过人能承受的加速度极限，危及宇航员的生命，所以加速度变为零这载人火箭是尤其必要的。

为了获得更大的速度到达更远的外太空，是不是级数越多越好呢？实际不是这样的，因为火箭的级数越多，造价越高昂，火箭的建造越复杂，故障率会升高，工作可靠性无法保证，不能保证达到预期目的。所以，一般常用的只是二级、三级或四级火箭。

1992年，中国载人航天工程正式启动。我国神舟系列宇宙飞船成功发射，把中国多名航天员送入太空。飞船载荷也越来越大，载人舱从搭乘一名宇航员发展到三名宇航员。2013年神舟十号完成了神舟飞船与天宫一号的交互对接，三民宇航员在空间站生活了较长一段时间，这次成功的飞行实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]吕增建.用动量守恒定律分析火箭的飞行速度[J].焦作大学学报，2000（11）.

[2]冉淑蓉.载人航天的新纪元[J].中外科技信息，2003（10）.