宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的

2023-05-09 15:49 综合 0阅读 投稿:小编

飞船在太空中按既定轨道做匀速圆周运动时,地球对飞船的万有引力提供向心力,飞船做匀速圆周运动。这个匀速圆周运动是不需要其他的力来维持的,只要有万有引力,提供向心力就可以了。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图1

当飞船需要变轨时,这时候就需要一点动力了。当飞船需要到高轨道运动时,只需往后(运动的反方向)喷火,即可获得向前的反冲力,飞船速度变大。万有引力不足以提供飞船所需要的向心力,飞船便开始做离心运动,会离地球越来越远,这时就到达了高轨道上。当飞船需要到低轨道运动时,只需往前喷火,即可获得向后的反冲力,飞船开始减速。此时万有引力大于飞船所需要的向心力,飞船便开始做近心运动,这时就到达了低轨道上。

这就是飞船在太空中运动的基本理论,当然实际情况要比这些复杂得多。

在解答你这个提问之前,先要指出太空中是不存在真空的说法的。太空也有看不到的物质,而我们定义的“真空”是指没有任何东西的存在。不过,太空中是不存在大气成分罢了。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图2

飞船中在太空中如何前进?可以利用动量守恒定律来解决。根据动量守恒原理,飞船在太空中可以借助“火箭喷发升空”原理来获得动力源。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图3

假如我们把整个飞船(包括动力源装置)当作一个不受外力影响有系统,根据动量守恒,飞船系统的总动量保持不变。用表达式可表示为:

Δp1=-Δp2 或 Δp1+Δp2=0

(Δp1为动力源喷发物质动量的改变,Δp2为飞船本体包括动力装置动量的改变)

假设飞船本体中动力喷发装置(类似于火箭喷发系统)喷发物质质量为m1,它向后喷发物质的速度为v1,根据动量表达式

p1=m1*v1

假设飞船本体包括动力装置(除去正在喷发的物质)的总质量为m2,它的速度为v2,根据动量表达式,同样得到:

p2=m2*v2

根据动量守恒定律表达式:Δp1=-Δp2,飞船在喷发物质相反方向,以同等动量发生改变。

Δp1=-Δp2

代入质量和速度,即:

m1*v1=m2*-v2

可以看到,喷发物质速度v1和飞船速度v2大小成正比关系,而方向与喷发物质速度方向相反(在物理学中,负号一般指与参照物方向相反)。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图4

也就是说,要想飞船获得足够的速度,喷发物质的喷发速度也要足够多的速度。这也跟火箭发射原理是一样的。目前各航天大国都在努力发展大推力火箭技术,也正是基于这个原理。一个国家的火箭开发技术的高低,基本可以看出这个国家航空领域的高低。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图5

好消息是,我国重型运载火箭研制工作已正式启动先期关键技术攻关、方案深化论证,目前火箭发动机技术攻关已取得突破性进展。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图6

宇宙中没有大气,但不代表没有介质,航天器在真空中飞行当然是通过各种各样的发动机推进,推进的原理就是动量守恒。以火箭发动机为例,通过燃料做功后的热气流从后尾喷管喷射出去,推动宇宙飞船向前运行。如果喷气的速度越快,那么飞船获得的速度也越大。由于真空中几乎没有阻力,因此不需要庞大的火箭引擎,一些离子发动机就可以满足飞行需要。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图7

其工作方式也是通过尾喷管喷射离子流,推动飞船前进。大气的存在仅对于航空器而言,航空器需要升力,在大气中机翼才有作用。真空中没有大气,因此机翼也就没有用处了。真空中推进依然要靠喷射引擎推进,比如航天飞机就是这样,在大气层中飞行依靠的是机翼,发动机在发射时和在轨道上启动,降落完全依靠滑翔,机翼的作用就出来了。宇宙飞船发展至今,已经不仅仅用于科学探索,还有用于商业旅游,比如近地轨道旅游、月球轨道旅行等,后者也已经发展到了一定的程度,未来几年就可以实现。

宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进的图8

随着科技进步,一些私人企业也生产宇宙飞船,并制定了多种方案以确保把宇航员送到国际空间站和月球上。比如SPACEX公司,他们已经和NASA就载人合同的具体细节进行了协商,可以为NASA发射宇宙飞船。但是这个行业不是能单单由NASA和SPACEX公司自己做决定,还需要美国政府的法律监督支持。

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