航天飞机不是卫星,实际是一艘太空梭,主要是在轨发射/维修大型航天器或者给国际空间站运送物资补给/提升运行轨道高度的,所以航天飞机在太空仍然是需要动力飞行的。美国的航天飞机发射时的壮观景象很多人都看过吧,特别是左右两侧白色的固体火箭助推器喷出的巨大火龙推动着航天飞机飞向太空的画面,当然很多人对航天飞机后面橘黄色的罐体不知道是什么?其实这个是航天飞机外挂燃料箱,这个燃料箱里面装满了液氢液氧,供给航天飞机后面的三个液体火箭发动机,一同帮助航天飞机飞向太空。
宇宙中没有大气,飞船在太空中飞行靠什么推进?
本质上火箭靠的是动量守恒!一个系统的动量永远是恒定的,当火箭燃料向后喷出时,相当于原火箭自身的质量减少了!并且减少的这部分质量,它的运动方向与火箭相反,那么根据动量的公式:p=mv,那么这部分燃料的动量,就要在增加到火箭身上,表现出来的就是火箭越飞越快!同样在太空中,也是这样实现运行的,不过一般进去太空后,到达指定位置或轨道后,发动机基本上是关闭的,因为太空上基本是阻力为零,不需要持续的喷燃料,也能保持运行。
如果需要返回,变轨或者飞向新的天体,这时候就需要重新启动发动机,加速,改变方向。像美国上世纪发射的旅行者1号探测器,目前就已经成为人类发射的最远的物体了,远离太阳系了。当然能在太空这么久,光靠自身的燃料肯定是不够的。这里就会涉及到利用星球的引力作为动力,像弹弓一样,就是让探测器进入某个行星的引力范围之内,绕着它转半圈,然后从相反方向飞走,走的时候,速度就叠加上来行星的速度,从而大大提高了航天器的速度。
这样就可以达到一个很高的速度,但燃料用的却很少。当然探测器自身除了动能之外,其余的可以靠太阳能供电,维持内部件的正常运作。当然之所以会有这样的疑问:没有大气做反作用,飞船怎样在太空运行。主要是因为中学物理在作用和反作用力这部分的讲解不是太好,我依稀记得中学上物理课时,书本上的例子,小明去划船,桨划水,水推桨,其实道理讲的是对的,但是很容易让我们产生其他的联系,想当然的就认为,物体之所以能运动是因为存在另一个物体的推动,就好像火箭的升空是因为,空气的反作用,把火箭送上太空一样。
航天飞机只是由运载火箭送上天,那么进入太空后,航天飞机是怎么运转和工作的呢?
美国的航天飞机发射时的壮观景象很多人都看过吧,特别是左右两侧白色的固体火箭助推器喷出的巨大火龙推动着航天飞机飞向太空的画面,当然很多人对航天飞机后面橘黄色的罐体不知道是什么?其实这个是航天飞机外挂燃料箱,这个燃料箱里面装满了液氢液氧,供给航天飞机后面的三个液体火箭发动机,一同帮助航天飞机飞向太空。在火箭将航天飞机送入太空后,能够看到那两台白色的固体火箭发动机被回收了,更大的橘黄色罐子却不见了,其实是坠入大气层烧毁了。
那航天飞机进入太空前就已经将白色的固体助推器和橘黄色的燃料罐抛了,那航天飞机在太空是怎么飞行的呢?正常来说,航天飞机在太空跟卫星一样,只要达到第一宇宙速度就可以长时间在太空绕地球飞行了。但是航天飞机不是卫星,实际是一艘太空梭,主要是在轨发射/维修大型航天器或者给国际空间站运送物资补给/提升运行轨道高度的,所以航天飞机在太空仍然是需要动力飞行的。
其实航天飞机尾部不只有三台发射用的火箭发动机,在这三台上部左右两侧各有一台轨道机动发动机,就是这两台轨道机动发动机帮助航天飞机在太空实现所有的机动飞行的,当然航天飞机尾部和头部还有好几台微型姿态定位发动机。这两台轨道机动发动机为航天飞机提供进入轨道、变轨机动和对接以及返回时脱离轨道所需要的推力等操作。
尾部和头部的姿态控制发动机则为航天飞机的飞行稳定和姿态变换提供动力。说了发动机,没燃料怎么工作啊?其实我们仔细看航天飞机尾部垂尾两侧各有两个大突包,这两个突包尾部是轨道机动发动机,前面就是燃料箱。由于在太空飞行基本没有什么阻力,所以航天飞机只需要很小的推力就可以在太空遨游,所以这两台轨道机动发动机和旁边的主发动机相比在推力和体积上差了好几倍,所以很多时候也就不被重视了。
当然这两台轨道机动发动机虽然推力小,但是可靠性很高的,可以多次重复启动,以面对航天飞机在太空中时不时需要变轨道飞行等操作。总结一下就是航天飞机在进入太空的过程中是由两台超大推力的固体火箭助推器和航天飞机尾部的三台主发动机进入太空的,在进入太空前便抛弃了助推器和外挂燃料箱。所以进入太空后所有的飞行动力源都是由航天飞机自带的两台轨道机动发动机和数台姿态定位发动机控制航天飞机在太空实现变轨、和空间站对接、抬升空间站轨道高度、返回时脱离轨道等所有操作。