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为什么火箭要分级？
NEWS.SOHU.COM 2003年07月22日11:26 中国国防报
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马冬梅 有读者问：现代使用的航天火箭几乎都分成几级。在使用时，总是让第一级火箭先燃烧，当燃尽了全部推进剂以后，就被丢弃并点燃第二级火箭……那么，为什么火箭要分级制造呢？分级又会带来多大的好处呢？ 提到火箭分级，不能不提到“航天之父”齐奥尔科夫斯基。让火箭飞向太空探测宇宙，就是他最先提出来的。这位科学家的贡献还不限于此，他还第一个提出用“质量比”这个概念来衡量火箭的性能。火箭的质量比是指火箭的原始质量与火箭的最后质量的比值。在经过一系列数学运算以后，他又指出，对于使用硝酸和肼类推进剂的火箭来说，要使最后速度达到第一宇宙速度7.9公里/秒，火箭的质量比应等于23.5。也就是说，总重量为100吨的火箭，要有96吨是推进剂。若加上地球引力因素，则要求的质量比应更大。 以鸡蛋为例，鸡蛋的全重和它的蛋壳的质量比是20，这使鸡蛋脆弱到一碰就破的地步。可想而知，要把火箭的质量比提高到23.5以上，火箭的壳体将造得很薄！这对于要耐受高温、高速、真空等恶劣的工作环境的火箭来说将是多么不易。何况我们还不满足于仅获得第一宇宙速度，而希望能获得更快的速度。这样一来，如何提高火箭的质量比，便成为一个亟待解决的课题。齐奥尔科夫斯基为解决这一难题作出了贡献，提出了把火箭分级的方案。 多级火箭的好处是显而易见的。假设有两枚火箭，一枚是单级火箭，一枚是两级火箭。第一枚火箭的发射重量是2吨，其中装有1.5吨的推进剂，则其质量比是4。根据速度公式可以算出，它的最终速度可以达到3.47公里／秒。第二枚火箭由各重1吨的两级火箭组成。它们分别装有750公斤的推进剂。表面看来后者的总重与推进剂的重量都与前者相同，但效果显著不同。由于在使用时，第一级火箭推进剂燃烧完以后可以把它整个抛弃，剩下第二级火箭单独前进，所以它的最后质量只有250公斤，因此它的质量比是2000∶250=8，比第一枚火箭提高了1倍。计算表明，依靠第一级火箭的推力，只可以达到1.175公里／秒的速度，然而依靠第二级火箭，则可以进一步把速度提高到5.2公里／秒，其速度比单级火箭整整快了50%。 由此可见，分级火箭有利于提高火箭的最终速度。当然，级数太多，每级之间的连接和分离机构部分也要相应增多，这也会影响火箭的整体强度，并带来一些复杂的技术问题。所以，现代火箭往往用两级或三级来发射运载人造地球卫星，用四级火箭来发射飞向星际空间的宇宙飞船，宇宙飞船本身成为末级火箭。
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