火箭必须知道知识

辰宇

火箭飞行不依赖空气，飞机需要

飞机靠空气与机翼作用产生升力，发动机也需要吸入空气，而火箭则是自己携带氧化剂，燃烧后屁股喷火把自己顶上去，无需吸入空气。真空中，火箭受到的空气阻力更低，反而飞得更自在。

▍火箭不是一直开着发动机飞行

例如，前往月球的飞船，通常只在几个关键阶段点火：

· 起飞

· 入轨

· 地月转移

· 轨道修正

· 月球捕获或着陆

绝大多数时间，发动机是处于关闭状态，航天器受引力束缚，沿计算好的轨道滑行。

▍火箭的大部分重量其实都是燃料

例如土星五号3000吨，真正送上月球的宇航员只有几十吨，约90%都是推进剂。火箭本身其实是一个装燃料的罐子。

▍火箭里的液体会像水桶里的水一样晃

当火箭转弯、加速或振动时，液体会在油箱中晃动，这叫推进剂晃动，它会改变质心位置、转动惯量、姿态动力学、控制系统稳定性等，因此，油箱内部经常设计防晃板。从控制理论上说，火箭不是单纯一个倒立摆，而是“刚体加多个液体振荡器”。

▍火箭发射台下的大水，不主要为了灭火

大型火箭发射时，发射台会喷大量水，很多人以为这是为了防火，而实际上，一个更重要的用途是吸收声能、抑制冲击波。火箭发动机产生的声压极其强烈，如不加控制，声波可能反射回来损坏火箭自身。所以发射台喷水系统，本质上也是一套声学保护系统。

▍火箭尾部冒出的白烟，很多时候不是烟而是雾

液氧、液氢等低温推进剂会让火箭周围空气冷却，空气中的水蒸气因此凝结成小液滴，从而形成白雾。

▍火箭通常向东发射，不是因为习惯

地球自西向东自转，在赤道附近，地面自转线速度大约为每秒465米，如果火箭向东发射，就可以免费获得一部分初速度，因此，靠近赤道的发射场，在某些轨道任务上有天然优势。但如果任务要求进入极轨道或逆行轨道，发射方向就会不同。

▍航天器减速，反而可能进入更快的轨道

轨道力学有一个非常反直觉的现象：

航天器在轨道上朝运动反方向点火，速度短暂下降，进入更低的轨道。但平均运行速度反而更高。反过来，向前点火加速可以进入更高轨道，但高轨道平均运行速度却可能更低。因此，太空中的“加速”和“变快”不是一回事，想追上前方的飞船，有时必须先减速，进入低轨道，这可能是轨道力学中最反直觉的事实之一。

▍在轨宇航员不是“没有重力”

这也是很违反直觉的事实之一。空间站所在高度，地球引力仍然很强，约为地面的九成，远没有消失。宇航员之所以漂浮，是因为空间站和宇航员都在一起“自由下落”，恰好形成圆周运动，即引力都用来提供了向心力，因此支持力近似为0，体现为宇航员漂浮。