謝謝邀請(qǐng)。我來回答這個(gè)問題。
火箭之所以攜帶90%的燃料,完全是因?yàn)榛鸺l(fā)動(dòng)機(jī)是個(gè)笨家伙,效率實(shí)在太差了!
別看火箭又噴火又冒煙,顯得很威風(fēng)。實(shí)際上火箭燃料燃燒所產(chǎn)生的能量,大部分都被噴出去的氣體動(dòng)能帶走了,一部分轉(zhuǎn)化成了光能、熱能,火箭獲得的動(dòng)能只是一小部分。
所以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖都不大,約在200到450秒之間。比沖,是指單位推進(jìn)劑所產(chǎn)生的沖量,通俗講就是每1千克燃料產(chǎn)生1千克推力時(shí)持續(xù)的時(shí)間。類似于汽車的百公里油耗這個(gè)概念吧,是衡量火箭能源利用效率的指標(biāo)。
飛機(jī)使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī),燃?xì)饽芰坷速M(fèi)的少,轉(zhuǎn)化效率比火箭高很多。航空發(fā)動(dòng)機(jī)只負(fù)責(zé)克服空氣阻力,為飛機(jī)提供水平方向的加速度。
真正克服重力抬起飛機(jī)的,是流經(jīng)機(jī)翼上下表面的空氣流,按照伯努利原理產(chǎn)生的升力。飛機(jī)是一個(gè)四兩撥千斤,借力打力的家伙。
火箭發(fā)動(dòng)機(jī)卻是實(shí)打?qū)嵉模诖怪狈较蛏蠈?duì)抗重力,火箭向下噴射氣體,獲得反推力推動(dòng)火箭上升。
按照動(dòng)量守恒定律,火箭飛行過程中,噴出的氣體質(zhì)量乘以噴射速度等于火箭剩余的質(zhì)量乘以火箭速度。由此得知,燃料重量占火箭總重量越大,噴出的氣體越多,噴射速度越快,火箭剩余的質(zhì)量越小,獲得的速度就越快。
另外,火箭要飛出大氣層,那里沒有氧氣參與燃燒,所以火箭還要攜帶大量的氧化劑助燃。我國(guó)的長(zhǎng)征七號(hào)火箭,總重500噸,液氧加煤油就占了450噸,其他所有加起來才50噸。
長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭
所以火箭需要攜帶占重量90%的燃料+氧化劑,并在飛行過程中把這些燃料都噴射出去,才能讓剩余的10%的質(zhì)量,獲得超過第一宇宙速度7900米/秒的高速度,最終克服地球引力的影響,進(jìn)入太空軌道。
想想都肉疼,費(fèi)盡千辛萬苦,才能運(yùn)送那么一點(diǎn)點(diǎn)東西。等比沖高的離子、核能、電能等新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)成熟了,就不用攜帶那么多燃料了。
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