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为什么发射航天器必须使用多级火箭

2023-08-16 19:45:18 高考在线

　　运载火箭是一种运输工具，它的任务是将具有一定质量的航天器送入太空。航天器在太空中的运行情况与它进入太空时的初始速度的大小和方向有关。如果航天器进入地球轨道的速度小于第一宇宙速度(7.91千米/秒)，航天器将落回地面;如果航天器进入轨道的速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度(11.2千米/秒)之间，它将在地球引力场内飞行，成为人造地球卫星;当航天器进入轨道的速度介于第二宇宙速度与第三宇宙速度(16.7千米/秒)之间时，它就飞离地球成为太阳系内的人造行星;当航天器进入轨道的速度达到或超过第三宇宙速度时，它就能飞离太阳系。

　　由此可以看出，运载火箭的末速度必须达到第一宇宙速度，才能将有效载荷发射到太空而不会落回地球。通常，提高火箭的末速度有三种方法：一是采用高能量的推进剂，即采用高比推力的推进剂;二是尽量减轻火箭的结构质量，这种办法受当前科学技术水平的限制;三是增加火箭的推进剂质量，提高火箭质量比。这三种办法直接应用都很困难：高能量的推进剂和减轻结构重量都会受到科技水平的.限制，但单纯增加推进剂质量也不行，因为结构质量也会随之增加。经过航天先驱的研究和后来的大量实践，科学家们认识到，提高火箭末速度的最可行办法是采取接力模式，即将几级火箭串联起来，各级从下到上依次工作，每一级都会产生加速运动，从而使末级能够达到需要的宇宙速度，这就是多级火箭原理。

　　由于每一级工作完毕后自行脱落，“死重”问题得到很好解决，运载火箭剩余部分的质量比就会大大提高，对于加速和提高末速度都十分有利，而且多级火箭研制不存在很大的技术难关，在一定的技术条件下是比较容易研制的。可以说，人类能够顺利进入航天时代，多级火箭功不可没。当然，多级火箭也是火箭性能要求和技术限制的折中，它本身需要多套发动机、多套控制系统和其他部件，在增加火箭复杂性的同时也提高了研制成本、降低了可靠性。

　　因此，人们一直在探索利用单级火箭发射载荷的技术，并且已经取得了某些成功。但目前的单级入轨还只限于发射小卫星。