火箭点火升空 , 携带探月器前往月球 , 而登月舱在月球执行完任务后 , 又会再次点火升空返回地球 , 等一等 , 月球和地球不同 , 月球是一个近乎于真空的环境 , 其大气压力约为10的-10次方帕斯卡 , 在这样的环境下探月器如何点火 , 又如何升空呢?
所谓的点火 , 实际上就是让可燃物燃烧起来 , 而在地球上点火是一件理所当然的事情 , 因为地球大气中氧气的含量约为21% , 所以一般情况下 , 我们在点火之前是不会考虑氧气问题的 , 这也使我们忘记了氧气在燃烧过程中的重要地位 。 事实上我们可以简单将燃烧理解为可燃物与氧化剂之间的化学反应 , 在燃烧的过程中 , 可燃物与氧化剂是缺一不可的 。 在地球上 , 氧气就是天然的氧化剂 , 所以在点火之前 , 我们通常只需要准备好可燃物 , 然后为其提供一定的热量 , 它就可以熊熊燃烧起来 。
【月球|月球没有大气,探月器如何点火,又如何升空?】不过即使在地球上 , 只依靠空气中的氧气来充当氧化剂 , 也并不能够满足所有情况下的需求 。
因为地球空气中的氧气含量仅为21% , 所以这就限制了燃烧所能够达到的温度 。 如果我们想要获得高温燃烧 , 比如300摄氏度以上的燃烧 , 那么就必须要额外添加氧化剂了 。
举个例子 , 比如我们在空气中设法点燃乙炔 , 那么会由于燃烧不充分 , 而达不到过高的温度 , 但如果我们将氧气和乙炔混在一起 , 那么则能够产生300度以上的高温 , 乙炔焊接就是这一原理 。 由于乙炔焊接不需要空气中的氧气 , 所以即使是在真空环境之下 , 也是可以使用的 。 既然可以在真空环境下进行焊接 , 那么在真空环境下自然也就可以为探月器点火 。
无论是从地球升空的火箭 , 还是从月球升空的登月舱 , 都是要携带氧化剂的 。
说到火箭的氧化剂 , 早期火箭所使用的氧化剂是液氧以及过氧化氢 , 所以这种火箭又被称之为液体火箭 , 现在基本上已经不用了 。 现在的火箭之中携带的是固体的药柱 , 火箭药柱实际上就是一种固体燃料 , 这种固体燃料携带方便 , 而且可以根据火箭的需求设计成不同的几何形状 , 常见的药柱形状有柱形和球形 。
有了火箭药柱 , 就不需要再借助于空气中的氧气了 , 只需要配备一个点火装置 , 就可以顺利完成点火的过程 , 因此即使是在近乎于真空的月球之上 , 登月舱的上升段也能够轻松完成点火 。 既然点火不是问题 , 那么就剩下升空了 , 月球上没有大气 , 那么登月舱的上升段是如何产生推力的呢?
火箭发动机和喷气式飞机所使用的喷气发动机其实是非常类似的 。 在地球上我们看到喷气式飞机呼啸而过 , 会产生一个误会 , 那就是飞机是靠向后推动气体来使自身向前飞行的 , 实则不然 。
无论是火箭也好、飞机也罢 , 它们之所以能够前进 , 依靠的是反作用力 。 只要我们向一个方向施加了一个作用力 , 那么就一定会产生一个与作用力方向相反、大小相等的反作用力 。 这是牛顿第三定律所告诉我们的 。 喷气式飞机向后喷射物质 , 会产生一个向后的作用力 , 与此同时会产生一个向前的反作用力推动飞机前行 , 唯一与火箭不同的是 , 由于大气的存在 , 飞机向后喷射的物质会推动气体 , 而被推动的气体也会产生一个推动飞机前行的反作用力 。 月球上虽然没有大气 , 登月舱点火之后向下喷射的物质不会作用于空气 , 但这并不影响其所喷射物质所产生的反作用力的出现 。
登月舱点火之后 , 可燃物与氧化剂产生化学反应 , 物质向后喷射而出 , 产生了一个向下的作用力 , 与此同时一个力量相等的反作用力产生了 , 推动登月舱完成升空 。
虽然月球上没有空气 , 但升空反而更加容易 , 因为没有了空气 , 也就没有了阻力 , 且月球的引力要比地球小得多 , 只有地球引力的六分之一左右 , 所以登月舱根本不需要火箭发射塔 , 只需要将登月舱的下降段作为发射架 , 上升段就可以顺利点火升空了 。 升空以后的登月舱会非常轻松地进入环月轨道 , 并与等候在那里的服务舱以及指令舱实现对接 , 之后服务舱点火 , 同样是在近乎于真空的宇宙中利用所产生的反作用力回到地球轨道 。
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