为什么火箭会有这么大的“力气”

在发射“神舟九号”的电视直播中，大家肯定注意到，随着“点火”口令下达，发动机会发出震耳欲聋的声音，推举总质量为480吨的火箭和飞船组合体冉冉上升。为什么火箭会有这么大的“力气”？

“长征二号F”火箭点火时，一级火箭和4个助推器的8台煤油液氧YF-100型发动机同时工作，每台发动机的推力是75吨，加在一起600吨。这么大的推力能把重达480吨的火箭抬起推向太空。

火箭飞行速度取决于火箭发动机的喷气速度和火箭的质量比。发动机的喷气速度越大，火箭飞行的速度越快；火箭的质量比越大，火箭飞行能达到的速度就越大。其中，火箭发动机的喷气速度，由发动机的设计水平和推进剂的比冲决定。发动机的设计水平越高，所获得的能量效率越高，火箭发动机的喷气速度越大。 推进剂的比冲越高，发动机的喷气速度就越大。火箭的质量比是火箭起飞时的质量（含推进剂）与发动机关机（熄火）时刻的火箭质量（推进剂燃烧尽）之比。质量比越大，火箭的结构质量就越小，所携带的推进剂越多。

随着推进剂质量的减少，助推器和各级火箭的脱落，火箭质量越来越小，速度越来越快，最终，载荷被送入预定轨道

当第一级火箭的发动机点燃后，火箭就开始脱离发射架上升。几秒后，火箭完全通过发射塔。在离开地面后的几秒内，火箭一直保持垂直飞行。之后，为了保证按合适的方位飞行，发动机喷管的万向节按预定程序旋转，产生横向推力，使火箭从垂直角度稍微倾斜，但基本还是垂直向上飞行的。火箭一开始的加速过程不十分明显，因为整个火箭的质量大得惊人。在第一级推进剂烧完时，重力使火箭缓慢地从微倾斜角度转入水平方向的飞行。这一过程被称为“重力转弯”，帮助火箭从以上升为主转向向前推进，以提高所需的速度。

“土星5号”运载火箭的发动机

第一级火箭的推进剂烧完后，爆炸螺栓使其与火箭的其余部分分离。这时，第二级火箭开始点火，继续加速飞行。此时，火箭已飞行2～3分钟。因为火箭卸掉了第一级火箭的结构和推进剂，质量大大减轻，所以即使第二级火箭产生的推力不如第一级大，火箭加速也要比先前快很多。在高度达到150～200千米/时，火箭已飞出稠密大气层，有效载荷不再需要整流罩来防护空气动力的作用，按预定程序抛掉整流罩，进一步减轻火箭发动机加速的质量负担。

有些火箭的第二级推进剂，常常在火箭快接近轨道速度时燃烧完毕，爆炸螺栓使第二级火箭与有效载荷分离。这时，有效载荷上的推力器将把它送入最终的轨道。同时，第二级火箭落入大气层。最终，靠空气摩擦使它燃烧，变成灰烬。这样的处理方式，可以避免使第二级火箭的空壳留在太空，成为太空垃圾。如果这些垃圾不巧进入某个卫星的轨道，那将是极大的威胁。

“长征”系列运载火箭

对于低轨道（通常指300千米的高度或更低）的航天器而言，这时火箭就完成了运送任务。但对于发射轨道高度在1000千米以上的航天器或发射行星际探测器，还需要有第三级火箭。在第二级火箭脱离后，火箭在地球引力作用下，开始进入航天技术中称为惯性飞行段的过程，一直到与预定轨道相切的位置。稍后，第三级火箭发动，进入最后加速段飞行，当加速到预定速度时，第三级火箭发动机关机，有效载荷与火箭分离，进入最后的、较高的轨道，或者前往另一行星的轨道。（周武）

美国正在研制的新一代运载火箭“战神”示意图

【微博士】推进剂的比冲

比冲是火箭发动机的推力与推进剂单位时间质量消耗量之比（习惯用秒来表示），被用来衡量火箭发动机的能量利用效率。典型的固体火箭发动机的比冲可以达到250～300秒，液体火箭发动机的比冲最高可达500秒。

【微博士】火箭的串联和并联

火箭的串联和并联都是指多个火箭的连接方式。串联就是将多个火箭通过级间连接/分离机构连成一串。并联就是将多个火箭并排地连接在一起，中央的称芯级火箭，周围的是助推火箭。一般情况下，助推火箭先工作（也有同时点火工作的），工作完毕后被抛弃，中央芯级火箭接着工作。以这种方式连接的多级火箭又称为捆绑式火箭。如果芯级火箭本身是串联式多级火箭，这种形式就是串并联。在长征系列火箭中，“长征二号E”、“长征二号F”、“长征三号乙”和“长征三号丙”是串并联式火箭。

【微博士】火箭的可靠性和安全性

“长征二号F”火箭是中国航天史上技术最复杂、可靠性和安全性指标最高的运载火箭。它的可靠性为0.97，安全性为0.997。0.97的可靠性，是指100次发射里，只有3次火箭可能出现问题；0.997的安全性是指火箭上出现的1000次问题里，可能有3次会危及航天员的生命安全。这是对载人火箭的高要求。一般商用火箭可靠性为0.91～0.95。

【微问题】火箭在飞行中，万一出现故障怎么办？如何避免它落到地面？

【关键词】比冲　多级火箭