航天飛機和火箭的驅動原理
1火箭的真正魅力在于它將極簡主義和復雜性結合在一起?；鸺浅：唵巍Ｄ慊蛭铱梢匀プ罱纳痰?，造一個我們自己的簡單火箭模型。然而，火箭特別復雜。事實上，只有三個國家使用火箭把人送上太空。
圖解:太空中火箭的運動受牛頓第三運動定律的支配（照片來源：3dsculptor/Fotolia）
2無論是小型簡單的火箭模型還是大型航天飛機，這項工作都可以歸功于牛頓在1600年揭示的原理。牛頓第三定律的描述:對于每一個力，都有一個相反且相等的反作用力。讓我們在不學習火箭術語的情況下第一次考慮一下。首先，正如凱倫·馬斯特斯之前提到的一個問題。當你讓空氣從氣球中流出時，氣球不僅會停留在原位，還會在房間里四處走動。這個力是由氣球中流出的空氣產生的，反作用力表明氣球被迫向相反的方向運動。
圖解：當我們向后踩地面，它推動我們前進；這就從根本上闡明了我們是如何走路的。（圖片來源： Pixabay）
3火箭的工作原理相似——大量的燃料加速了火箭尾部的燃燒(作用力)，所以火箭被迫向前運動(反作用力)。推動火箭前進的合力叫做“推力”。燃料從火箭尾部降落得越快，釋放的燃料就越多，這樣推力就越大，火箭前進得也就越快。同樣，如果你輕輕地把足球扔給你的朋友，你就不會在滑板上滑得太遠，至少不會像你用力把足球扔給你的朋友那樣遠。
4是什么讓制作一個簡單的火箭模型變得如此容易？其中一個原因是，一旦火箭模型被發射，它們就不需要被控制，這就是為什么它們使用固體燃料。這種固體燃料在快速燃燒時不會爆炸(更多信息請參考之前回答的問題)。當燃料燃燒時，它在變成氣體的過程中從火箭尾部釋放出來。這種火箭模型使用簡單的固體燃料(因此成本會更低)，但是一旦你點燃，火箭將無法控制地飛行。你既不能停止燃燒過程，也不能讓這個“火箭”再次升空。缺乏自主控制也是固體燃料火箭經常被用作模型和* *的原因。
圖解：燃料和氧化劑結合在火箭內部以開始燃燒反應
5航天飛機顯然需要可控才能發揮作用，因此它們需要液體燃料。這種燃料(如液態氫、汽油、煤油)與氧化劑(如液氧)一起被送入燃燒室，然后燃燒成極高壓力的氣體。這種氣體從火箭尾部釋放出來，推動航天飛機的其余部分向前。在這個過程中沒有質量損失，所以不管一開始我們有多少質量的液體，它都會轉化成氣體。
火箭釋放這些氣體的速度一般在8047千米/小時到16093千米/小時之間！請記住，有兩種方法可以獲得更大的推力(換句話說，一個更強的火箭)，即攜帶更多的燃料或加速燃料到更快的速度。盡管16093千米/小時的速度非?？?，但是航天飛機的一個重要問題是你需要大量的燃料來驅動一架正常大小的航天飛機。一架重約91噸的普通航天飛機(包括內部人員和設備)需要約1814噸燃料才能發***可以看到燃料的重量遠遠超過火箭本身的重量。
圖解：使用固體推進劑發射的火箭。 （圖片來源：Steve Jurvetson / Wikimedia Commons）
為什么火箭能在太空中移動？艾薩克·牛頓和他的牛頓定律當時給出了答案，但我沒有發現牛頓的解釋增加了我們自己對它的理解。假設空間本質上是一個真空，包含很少的粒子，宇宙飛船推動什么來驅動自己？你為什么這樣工作？太空是什么樣的？如果一個宇航員在太空，他們不能推動自己嗎？)，那么為什么飛船可以？
首先，仔細重讀上面的答案。你讀完了嗎？那可能對你有幫助，也可能沒有。火箭是一個會困擾你的復雜概念。它們如何工作的關鍵在于“簡單的”牛頓定律，但是很難正確地應用它。耐心等我，我會用一些簡單的方程來幫我解釋。
圖解：將要裝載在信使號航天器中的燃料供應（含有肼作為燃料）
火箭工作最重要的一點是動量守恒定律(或者用這個簡單的解釋來解釋初中生)。討論你正坐在上面提到的滑板上(它就像一名宇航員漂浮在太空中)。動量由以下等式給出:動量=質量×速度(動量=質量×速度)
如果你只是坐著不動，你的速度是零，這意味著你的動量也是零。假設你現在扔東西，比如足球。足球有一定的重量，你給了它一定的速度。這意味著足球有一定的勢頭。
Momentum of Football = Mass of Football x Velocity of Football（足球的動量=足球的質量×足球的速度）
但是我們從零動量開始。根據宇宙的氣質，你總是有同樣的動力。那么，我們能做些什么來抵消足球的勢頭，讓宇宙再次快樂起來呢？對你來說，唯一的解決辦法是獲得與足球相同的動量，但是方向相反，所以當你把這個動量加到等式中，你的動量將為零！
Total Momentum = Mass of Football x Velocity of Football + Your Mass x Your Velocity = 0（總動量=足球的質量×足球的速度＋你自身的質量×你自身的速度）
這些加起來等于零是因為遠離你的速度是和你的自身的速度方向相反，所以你可以稱他們中的一個被抵消了。要記?。核俾手皇悄氵\動得多快；速度是具有方向的速率。
圖解：三角洲四號運載火箭
現在讓我們回到之前的火箭。讓我們假設你有一把機關槍而不是足球。如果你開始休息，然后機槍開火幾秒鐘，會發生什么？你射出的每顆子彈都有一定的質量和遠離你的速度，這意味著每顆子彈都會給你一個較小的速度。你的質量比每顆子彈大得多，所以你每顆子彈的速度會很小。
在這個方程式中，每當我們打出100顆子彈： Total Momentum = 100 x Bullet Mass x Bullet Velocity + Your Mass x Your Velocity = 0（總動量=100顆子彈的質量×子彈的速度＋你的質量×你的速度=0）
同樣的，我們只是把來自每顆子彈的動量加起來作為它們給你的一個相反方向的動量。
圖解：火箭發動機
最后，拋開機槍，拿起滅火器。當你用滅火器給外界一個沖擊波，被壓縮的二氧化碳氣體迅速地跑出來。你可以認為每個獨立的分子的運動就像上文的每一顆子彈那樣，它是微小的，但是它運動得很快，為了平衡所有這些分子的動量，你朝著反方向運動。（如果你還是疑惑可以查看這段視頻）
那個滅火器是個“火箭”！如果你在外太空，打開閥門，二氧化碳還在出來，你仍然在向相反的方向發展！這不是關于滅火器在氣體周圍推動，所有這些都是動量守恒。如果你向某個方向發射許多快速的小東西(分子)，它可以使一個巨大的物體向某個方向運動。
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