2015年9月22日 星期二

火箭是如何飛行?


火箭是個複雜又精密的機器,以每秒11.2公里的速度飛向月球與火星,推動力足以供舉起好幾千噸。在20世紀初,人類根本不會飛;但20世紀之末,人類要飛向未及之處,靠著火箭,我們辦到了! 而火箭到底靠著什麼飛上天際?又是如何飛行的呢?


火箭就像發動機一樣,需要裝滿燃料,大多數的火箭將燃料轉換為熱氣,當火箭燃料燃燒之後會產生高溫高壓氣體,藉噴嘴加速排氣到外界。由於牛頓第三運動定律「作用力等於反作用力」,這些氣體便是推動火箭的原動力。簡單的來說,火箭就像是一顆洩氣的氣球,當氣體的噴力強且快速,就能使火箭高速飛行。


但是太空中沒有燃燒所需要的氧氣,火箭是如何燃燒呢?

事實上,火箭燃料中自備了氧化劑,為燃料提供大量的氧氣來助燃,這樣可以不受大氣的限制。通常火箭可分為液態燃料與固態燃料,液態燃料可自由調整燃料流量、動力及速度;固態燃料構造較簡單、燃料易儲存,在價格上也較便宜,因此許多火箭都使用固態燃料,但其效率相對較低,所以長途飛行的太空船大都使用液態燃料火箭。


火箭大致上可以分為酬載段、控制段及推進段。火箭飛行時會猶如金蟬脫殼般,其各節火箭點火、脫離、滾轉控制,以及鼻錐整流罩分離,都必須按時序準確執行,直到將「酬載」的衛星或科學儀氣送達正確的位置。


圖/邱顯洵
文/ 呂欣晏、劉辰岫

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