登月计划,从火箭方程说起
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2024-12-05
自1972年美国最后一次登月活动已过去整整半个世纪,随着土星五号的退役,人类的月球探索一度陷入停滞。然而,美国最新的阿尔忒弥斯计划开启了新的登月篇章,其核心便是空间发射系统火箭(SLS)。这款火箭高98米,芯级直径8.4米,拥有强大的运载能力——近地轨道95吨,地月转移轨
自1972年美国最后一次登月活动已过去整整半个世纪,随着土星五号的退役,人类的月球探索一度陷入停滞。然而,美国最新的阿尔忒弥斯计划开启了新的登月篇章,其核心便是空间发射系统火箭(SLS)。这款火箭高98米,芯级直径8.4米,拥有强大的运载能力——近地轨道95吨,地月转移轨道27吨,起飞推力高达3900吨,刷新了土星五号的纪录,被誉为"人类最强重型火箭"。
要理解阿尔忒弥斯计划的成功,离不开火箭背后的物理学原理——齐奥尔科夫斯基火箭方程。以俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基的"船的实验"为比喻,化学火箭利用喷射推进剂产生反冲力,推动火箭前进。火箭的质量包括未使用的推进剂、载荷和箭体,其运动遵循动量守恒定律,通过推进剂的消耗来实现速度的提升。
以SLS火箭为例,其RS-25 D/E发动机在真空中的比冲高达453秒,有效排气速度约为3560m/s,使得火箭能够在短时间内达到第一宇宙速度以上。然而,液氢推进剂的储存和使用问题,如燃料泄漏,曾导致SLS火箭多次推迟发射。
在大气层内,火箭还需面对重力和空气阻力。火箭速度的变化受燃料喷射时间、质量变化和空气阻力等因素影响,通过微分方程模型计算,可以模拟出火箭在大气中的运动轨迹。尽管SLS火箭在"阿耳忒弥斯1号"测试中遭遇燃料泄漏问题,但其承载的探索精神和使命,正如"鸽王"的称号,象征着挑战与希望,期待它能在克服困难后,成功引领人类迈向月球。
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