为什么火箭有多级?而不是一级?

发布时间 : 2018-03-22     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  运载火箭一般由2-4级火箭组成,单级火箭串联或并联起来,就组成了多级火箭。而火箭为什么不能做成一级呢?

    

  为什么火箭要“分级”?

   

   据中国运载火箭技术研究院研发中心总体结构设计人员王悦介绍,火箭要实现宇宙航行,有一个必须条件,飞行速度理论上至少要达到7.91千米/秒,即第一宇宙速度。而在目前技术条件上,单级火箭最大速度只能达到6千米/秒,要把卫星送上几百或几万千米的高空,并具有冲破地球引力的速度,用单级火箭很难达到。

   假如把巨大的运载火箭做成单级,那么全部推进剂只能贮存在这一级火箭的贮箱内。这样,贮箱不但要增大容积,还因为承受的推进剂增多而必须加厚箱壁,这将增加贮箱重量。而贮箱越重,所耗费的推进剂就越多,以致火箭最终无法达到第一宇宙速度。

  1903年,俄国科学家齐奥尔科夫斯基提出了著名的“齐奥尔科夫斯基火箭理想速度公式”。根据公式,有两种方法可以提高火箭的末速度:一是采用高能量的推挤剂,即采用高比冲推力的推进剂;二是采用高强度的结构材料,尽量减轻火箭的结构质量。

  但科学家们经过反复试验,最终发现,单级火箭无法达到发射卫星的要求。最后,齐奥尔科夫斯基提出了一种解决方案:建造多级火箭。

   

多级火箭为何跑得快?

   

  根据齐奥尔科夫斯基的多级火箭理论,多级火箭能够胜任这一任务。多级火箭接力飞行,先是第一级火箭点火“开跑”,达到一定速度后燃料耗尽自动脱落;接着第二级火箭接过“接力棒”,进一步加速,燃料用完后再次关机并自动脱离。然后,“接力棒”这样传递下去,第三级甚至第四级火箭再加速。

  

  就这样,火箭速度逐级提高,而“身体”逐级减轻。运用这种多级火箭的“接力”技术,最终可以超越第一宇宙速度,实现宇宙航行。

  王悦介绍,发射卫星只要用二级或三级火箭就能达到宇宙航行速度,还可用一枚多级火箭同时发射多颗卫星。

  既然火箭分级可以让火箭飞得更高,飞得更快,那么火箭级数越多越好吗?

  据介绍,分级并不是越多越好,火箭级数越多,导致需要的连接和分离结构增加,从而增加火箭结构质量并降低可靠性。因此,目前的火箭大多是由2-4级火箭组成。

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