火箭的燃料是啥?它是怎麼給火箭提供動力的?

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告訴大家一個好消息,我國長征八號運載火箭芯二級氫氧發動機高空模擬試驗獲得了成功,這意味著,明年我們也許可以見證長征八號運載火箭首飛呦!

提到火箭發動機,小編想到了這樣的一個問題,汽車在公路上行駛,飛機在空中飛行,都需要燃料來驅動,火箭要飛向太空,當然也離不開燃料。但汽車和飛機都行駛在富含氧氣的大氣層中,氧氣是天然的氧化劑,而火箭要到達大氣稀薄的太空,那裡幾乎沒有氧氣,火箭的燃料是怎樣燃燒的?

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即將飛向太空的 長征三號乙運載火箭

實際中是這樣的,火箭在準備飛天前,除了攜帶燃料外,還需要攜帶氧化劑。只有氧化劑和燃料按一定比例混合後,才能燃燒併產生巨大的能量。

燃料和氧化劑等物質的組合在航天領域還有一個專業的名字,叫做推進劑。根據其形態劃分,可分為固體推進劑和液體推進劑。

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存放著推進劑的儲罐

固體推進劑除含有上述兩種物質外,成分中還有添加劑等其他物質。其中,燃料和氧化劑是基本成分,而添加劑是為了提高燃燒性能加入的少量的其他成分。

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正在進行燃燒測試的固體推進劑

固體推進劑有一個可愛的地方,就是它可以被加工成各種形狀,比如柱形、翼型和球形等。還可以根據不同的燃燒要求,將固體推進劑的橫截面設計成星型、環形、多孔形等。

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形狀多樣的固體推進劑

固體推進劑一般可作為戰略導彈、戰術導彈、空間飛行器等各類固體發動機及動能攔截彈等武器的動力源。

液體推進劑又可細分為單組元推進劑和雙組元推進劑。單組元推進劑是指含有一種組分,通過催化劑進行分解或燃燒來產生推力,常用的有過氧化氫、無水肼等。

雙組元推進劑含有兩種組分——燃料和氧化劑,它們通過化學反應產生能量來驅動火箭飛行,目前常用的燃料有偏二甲肼、無水肼、液氫等,常用的氧化劑有四氧化二氮、發煙硝酸、液氧等。

液體推進劑的好處還是挺多的,它產生的能量相對較高,推力容易調節控制,能夠重複關機和再次啟動,因此,液體推進劑被廣泛應用於發射航天器的運載火箭。例如,我國發射神舟飛船的長征2F運載火箭使用的就是由偏二甲肼和四氧化二氮組成的雙組元推進劑。

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使用液體推進劑的長征2F運載火箭


那麼,推進劑又是怎麼給火箭提供動力的呢?

小時候,我們都玩過氣球,把一隻充滿了空氣的氣球的球嘴鬆開,它就會向球嘴的反方向飛出去,這是因為作用力與反作用力的原理。推進劑給火箭提供動力,依據的就是這個原理。

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受到反作用力的氣球

一般發動機點火後,固體或液體推進劑會在發動機燃燒室裡燃燒,之後會產生大量高壓氣體,高壓氣體從發動機噴管高速噴出,對火箭產生反作用力,使火箭沿氣體噴射的反方向前進。

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火箭的發動機

固體推進劑安裝在固體火箭發動機的燃燒室中,點火後,固體推進劑是從下到上或從裡到外快速燃燒。而在液體火箭發動機中,液體推進劑一般是用高壓氣體對燃料與氧化劑貯箱增壓,然後用渦輪泵將燃料與氧化劑進一步增壓並輸送進燃燒室。推進劑燃燒形成的高溫高壓氣體,通過發動機噴口形成高速氣流噴出,產生推力。

火箭的燃料是啥?它是怎麼給火箭提供動力的?

固體火箭的發動機示意圖


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液體火箭的發動機示意圖

如此,在燃料產生的巨大推力的作用下,我們才能看到運載火箭沖天而起,直刺蒼穹,將航天器送入太空。

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參考文獻/

[1]周鳳廣,徐克俊,等.戈壁天港——走進載人航天發射場[M].北京:中國宇航出版社,2011.

[2]黃春平.通天神箭——解讀載人運載火箭[M].北京:中國宇航出版社,2011.

[3]中國載人航天工程辦公室組織編寫.中華民族的航天夢——載人航天知識問答[M].北京:中國宇航出版社,2013.
編輯/賈冰玉

審校/楊潔

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