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太空里没有空气,各种飞行器是怎样被推进飞行的?
其实无论在大气层中还是在太空,飞行器都是依靠动量守恒来获得前进的加速度的。
简单来说,动量守恒有三种情况,一种是高速抛出物质,自身就获得相应的动量;另一种是和其它物质碰撞,从而发生动量的转移而获得动量。还有一种情况,就是太空飞行常用的“引力弹弓”。
飞机发动机吸入并压缩空气,与燃料混合,燃烧,产生巨大的压力将燃烧后的气体向后喷射,从而使飞机获得向前的动量。运载火箭燃料燃烧后向后喷射,自身获得向前的推力。卫星变轨和姿态调整都是直接向反方向喷射气体,从而获得需要的动量。以上都是喷射物质的例子。
而和其它物质碰撞从而获得动量的主要是还未进入实用的太阳帆。方法是在外太空张开一张巨大的反射薄膜,对准太阳方向,由于太阳发射出的光子和各种高能粒子不断撞击帆面,推动整个飞行器获得向前的加速度。这个加速度虽然很小,但是由于不必携带燃料,又是持续不断地加速,过不了多久也会获得很高的速度,这是非常节省的推进方法,很有前景但是现在还只是设想和初步试验阶段。
引力弹弓则是一种被经常使用的非常经济实用的加速方法。它是利用小质量物体(如空间飞行器)在大质量物体(行星)附近掠过时两个物体间的动量交换来获取加速度。只要精心选择接近时的位置和角度,就可以精确地获取到行星的动能,使飞行器在需要的方向上被加速或者减速,这个过程中飞行器和行星也保持着动量守恒。例如已经飞离太阳系的旅行者号探测器,就被多次利用引力弹弓加速,才获得了足够飞离太阳系的速度。如果仅靠飞离地球时的初速和自身携带燃料来加速,根本不可能飞出多远。还有前不***射的特斯拉汽车,也需要用引力弹弓来加速,才能够有足够的速度到达火星。
第一个要理解太空里没有空气,应该是不准确的,容易错误的理解成真空。其实,太空中充满各种其他的气体或者物质,星体,不然你以为那些星系是怎么存在的,如果是真空,地面上也有相关的实验,抽真空后,物体会膨胀,分解分裂。很显然,太空中有其他的气体存在。飞行器在太空飞行时燃料燃烧,产生大量高温高压气体从后方推出,这些气体压缩后方空间中的气体及物质,对后方气体、物质产生作用力,利用反作用力推动自身前进。如果不是这样,就像做梦踩空了一样,身体还在原处,只是把脚下空间蹬了下去,或者说飞行器向前挪动了一下就停下了。 实际上,我们在一些***中看到的是飞行器在调整姿态时才会用发动机短开,然后关闭。和在上面的***设的情况,真空中飞行器发动机长开只向前挪动一次的效果是相同的。发动机长开和短开效果一样,就说明“太空中真空”是一个矛盾,太空不空。理解起来和地球高空中喷气式飞机飞行应该是差不多的道理。 纯属个人己见。
经常有朋友提出类似的问题,也不知道大家是怎么想的,飞行器在空中飞行,并不需要空气,相反,有空气飞行器就要克服空气阻力做功,反而要消耗更多的能量。
其实,推动飞行器飞行的是发动机中燃料燃烧产生的高温高压的燃气,燃气急剧膨胀,在飞行的垂直方向,受到燃烧室侧壁的阻碍,会对侧壁产生压力,但这些压力是平衡的,不改变飞行器的运动状态。在飞行方向,燃烧室后部有喷口,燃气从喷口喷出,不会对燃烧室产生压力,但燃烧室前部是封闭的,同侧壁一样阻碍燃气的膨胀,于是,燃气对前部产生巨大的压力,这就是飞行器飞行的动力。所以说,飞行器能否飞行跟周围有没有空气没有关系。
燃料只要能燃烧,就会产生燃气。而燃料燃烧无外乎需要氧化剂助燃,太空中没有空气不要紧,飞行器可以自己带着。火箭就是既带燃料又带氧化剂的发动机,所以,推动太空飞行器要使用火箭。