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      火箭為什么不能用飛機帶到萬米高空再發(fā)射,這樣豈不是省了很多燃

      2020-07-24 15:00閱讀(91)

      火箭為什么不能用飛機帶到萬米高空再發(fā)射,這樣豈不是省了很多燃料?:這樣發(fā)射當然沒問題。實際上萬米高空對火箭來說不算什么,對普通的常規(guī)發(fā)射而言,也根本沒

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      這樣發(fā)射當然沒問題。

      實際上萬米高空對火箭來說不算什么,對普通的常規(guī)發(fā)射而言,也根本沒必要省這部分燃料。

      運載火箭執(zhí)行任務時,分為低、中、高三個軌道投送目標。

      低軌道在150千米以上,一般間諜衛(wèi)星會跑到這個高度,但它們幾天就會因引力而墜毀。

      彈道導彈也在這個范圍內(nèi)飛行,它們的“彈道軌道”在35千米到300千米的“亞軌道”高度。

      而中等高度的一些衛(wèi)星,會在距離地球2000千米外的高度飛行。

      高軌道的衛(wèi)星,如同步地球衛(wèi)星,會在36000千米的高度運行。

      就連馬斯克放“星鏈”,它都打到了450千米以上。

      你看看,這動輒都是幾十萬到幾百萬米的距離,1萬米能省個啥燃料啊?

      其實的確能省,火箭助推起飛段,因為需要一個從0往上加的加速階段,所以火箭需要消耗大量的燃料用在起飛上。

      如果可以通過一個飛行物負載著它進行加速,達到一定高度,那么確實可以省下不少燃料。

      但是呢,并不是所有的火箭都能被背著跑,那些特別重,特別大的,比飛機還大,它們根本不可能“坐飛機”。

      比如“胖5”,長征5號起飛重量870噸,全世界哪個飛機也都拖不動?它駝飛機還差不多。

      比如“能源”火箭駝“暴風雪”航天飛機,不靠這個超級大推力的家伙,怎么可能將起飛重量105噸的航天飛機送進外層軌道呢?

      有人肯定會拿蘇聯(lián)安-225馱負“暴風雪”航天飛機說事兒,但請注意,這個并非暴風雪的宇宙空間發(fā)射,而是氣動滑翔測試。

      高端運載火箭發(fā)射穩(wěn)定性非常重要,還需要計算發(fā)射窗口,這些都需要穩(wěn)定的坐標系數(shù)和位置信息,以及長期的計算機運算,外力影響越小越好嗎,哪怕能坐飛機也不能那樣發(fā)射。

      所以說,拿飛機駝大型運載火箭暫時甭想了,我們只能想想小火箭。

      近些年有些通過大型運輸機發(fā)射空天飛機的構(gòu)想,它們某些部件具備火箭的特征,但就目前而言,這些依然都是人們的幻想。

      實際上,就“飛機射”火箭而言,如果不談及什么“上太空”問題的話,人類目前早已做到了。

      比如轟炸機放巡航導彈、戰(zhàn)斗機放空空導彈、攻擊機發(fā)射火箭彈,這些都是很司空見慣的事情。

      所以確實有人藉由這條科技線,在研制能通過飛機發(fā)射上天的運載火箭,并且八字已經(jīng)有一撇了,這就是維珍軌道公司搞的空射運載火箭研究計劃。

      維珍公司希望通過一架波音747運輸機將一枚小型火箭發(fā)射到外太空,因為有飛機的加速度,火箭可以減少地面加速度的助推燃料,降低不少成本。

      維珍航空對此寄予厚望,希望能由此改變航空發(fā)射市場,可惜這項技術(shù)自2007年研發(fā)到現(xiàn)在也沒搞出什么大名堂,最近的發(fā)射更是直接失敗,火箭發(fā)動機工作了10秒就熄火了,火箭一頭扎進了太平洋。

      人們還得拍著胸脯擦冷汗——型號波音747沒事兒,運載火箭的失敗率可不是小數(shù)字。

      不過,雖然維珍失敗了,人們卻并不真的認為空中發(fā)射運載火箭是永遠不可行的,科技已經(jīng)走出了道路,它離實現(xiàn)的距離并不遙遠。而且,這項技術(shù)顯然受到了美軍的支持,他們一直盤算著將這種技術(shù)修改為“空射彈道導彈”。

      這種技術(shù)估計在10-20年就會出現(xiàn)并發(fā)展成熟。

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      飛機背火箭到萬米高空再發(fā)射能省燃料嗎?這是不可能的,也是非常不現(xiàn)實的。因為飛機是屬于航空工具,火箭屬于航天工具。兩個都不是一個重量級的工具,完全沒法混在一起說。詳細原因主要包括以下幾個:

      1、運載火箭的重量,世界上還沒有飛機背的動,裝的下



      運載火箭為了把它裝在的衛(wèi)星或者其他空間探測器帶到太空,需要消耗很大的能量。而且,由于火箭到達了大氣層上層后,空氣稀薄甚至沒有空氣。所以,火箭不僅需要攜帶大量的燃料還需要攜帶氧化劑。這樣,火箭的重量就輕不了,這世界上還沒有用常規(guī)燃料飛機能背的動它。



      我們以最近發(fā)射天問一號的“長征五號”遙四運載火箭為例,這款火箭,箭體長度 56.97米,起飛質(zhì)量約870噸而世界上最大的運輸機是安-225運輸機,該機型是為運輸暴風雪號航天飛機而研制,最大起飛重量640噸,貨艙最大載重250噸,機身頂部最大載重200噸,機身長度84米,翼展88.4米。從數(shù)據(jù)對比可以明顯看到,就算這個能夠背著航天飛機在天空起飛的安-225也無能為力。

      • 首先,貨艙裝不下火箭:因為安-225的貨艙最長也只有43.51米,最大寬度6.68米,最大高度4.39米;鸺拈L度卻有56.97米。如何裝的了呢?就算裝的了,貨艙起飛重量是250噸,和870噸的火箭相差甚遠。也就是說你裝進去了也背不動。
      • 其次,頂部掛載也背不動:安-225頂部最大載重僅有200噸,而火箭870噸的重量,飛機根本背不動,甚至會被壓塌掉。

      2、假想你能起飛,火箭分離時,飛機還要不要命?



      我們退一萬步講,假設(shè)你能造出一架巨無霸飛機可以背得動火箭,也能起飛起來。然而,當飛機把火箭帶到萬米高空時,火箭終究還是要發(fā)射的;鸺l(fā)射會產(chǎn)生巨大的推力不說,它尾部噴射出的大量高溫氣體會產(chǎn)生很大的亂流,你的運輸機沒有被高溫燒毀,也會被巨大的亂流導致墜機。總之,你這個假想的巨無霸飛機會被瞬間摧毀。這種情況下,你還要去省那一點點微不足道的燃料嗎?當然就不現(xiàn)實啦。所以,安-225這種運輸機,全世界也只有一架。為了避開航天飛機的尾流,把尾巴上的方向舵改亂七八糟才得以保住安全。要知道航天飛機的噴射尾流可比火箭小得多。

      3、萬米高空對火箭來說,省不了多少燃料



      火箭從地面爬升到萬米高空原本就省不了多少燃料。因為火箭要擺脫地球引力飛到太空,最重要的是飛行速度要達到7.9km/s以上,而不是一直向上爬;鸺w行主要分為3個階段

      • 垂飛階段:火箭在離開地面以后的10幾秒鐘內(nèi)一直保持垂直飛行。在垂直飛行期間,火箭始終保持零攻角飛行,大約也就飛行50km左右的高度,就開始偏飛加速。這里爬高消耗燃料并不是最主要的。加速飛行達到軌道速度是很費燃料的。
      • 等飛階段:就是火箭已經(jīng)達到要求的7.9km/s以上速度了,保持跟地球同樣的角速度飛行,已經(jīng)進入了停泊軌道。這個時候,火箭按照最小能量的飛行程序,如果是低軌道衛(wèi)星,這個時候火箭已經(jīng)完成任務,可以和航天器分離。
      • 變軌階段:對于高軌道或行星際任務,末級火箭在進入停泊軌道以后還要再次工作,使航天器加速到過渡軌道速度或逃逸速度,然后航天器與火箭分離。像這次天問一號發(fā)射就需要變軌飛行。

      從上面看,火箭爬升階段是其發(fā)射任務的一小部分,消耗燃料并不是最主要的。所以,用飛機來背節(jié)省不了多少燃料。

      總結(jié)

      總之,用飛機背火箭來執(zhí)行航天任務是不現(xiàn)實的。不僅找不到能夠背的動,飛的起的巨無霸運輸機,而且就算找到了,也無法安全運輸火箭,更何況燃料也節(jié)省不了多少。是個虧本買賣。

      我是數(shù)智風,用經(jīng)驗回答問題,歡迎關(guān)注評論。

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      當然有這種飛機嘍!

      這就是“平流層發(fā)射”巨型雙身飛機(英文:Stratolaunch,譯文:平流層發(fā)射),世界首架巨型雙身飛機。

      這架飛機界的“巨無霸”能將火箭運送到3萬英尺以上的高空發(fā)射,因而可以降低從地面直接發(fā)射火箭產(chǎn)生的高燃料成本。 這架巨型飛機有28個輪子,翼展達117米,擁有6臺發(fā)動機,重達226噸。兩個機身中間可容納25萬公斤的有效載荷,包括火箭和衛(wèi)星。

      這是迄今為止翼展最大的飛機,沒有之一——不是起飛重量最大。

      但是,這架飛機只是試飛成功,證明這東西能飛上天,還沒來得及進行火箭發(fā)射測試——第一圖是動畫模擬。

      因為項目資助人保羅·艾倫去世了,就是比爾蓋茨的老伙計微軟創(chuàng)始人之一的艾倫。他的繼承人對航天沒有興趣,不再資助,于是“平流層發(fā)射”趴窩了。

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      造飛機的成本太高,飛機的可靠性(時間要求)與火箭相比,飛機要求更高。飛機可靠性壽命幾干小時無故障,而火箭的可靠壽命最多不超過以幾分鐘計算。飛機零件數(shù)量比火箭多,整體可靠性是小于1的零件可靠性數(shù)相乘,所以被乘數(shù)越多,整體可靠性就越低。

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      最低軌道都有400公里左右,間諜飛機最高能飛20公里,普通客機可以飛10公里,完全夠不著。

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      獵鷹出來前,我也是這么想的,F(xiàn)在才知道燃料只占火箭成本的很小一部分,節(jié)約燃料沒有意義,重復利用火箭才是根本