我正在观看亚特兰蒂斯号航天飞机在 NASA 肯尼迪航天中心着陆的视频。一个问题在我脑海中闪过：如果航天飞机能像飞机一样降落，为什么？不能像飞机一样起飞，而不是像现在一样直接向上发射？

插图：火箭发射！航天飞机的发射

火箭发射是火箭飞行的起飞阶段，需要大量专门为完美火箭发射而设计的高科技设备。这些设备是火箭发射必不可少的，而且非常昂贵！

既然发射系统的主要功能是将航天飞机送入空中，为什么航天飞机不能像飞机一样在跑道上加速起飞呢？放弃那个巨大的发射台并改用跑道不是更可行的选择吗？

要回答这个问题，你先需要了解一些与火箭发射有关的事情。火箭（如航天飞机）发射后的主要目的是将其送入轨道，这意味着火箭必须到达特定的轨道。在这种情况下（指航天飞机“亚特兰蒂斯”），它是绕地球的轨道。

插图：亚特兰蒂斯号航天飞机

轨道是环绕地球的圆形路径。在这条轨道上，火箭站以自身绕地球自转的速度形成地球引力所需的向心力，以达到平衡。火箭一旦进入轨道，引力大到足以维持其绕地球轨道运行，又不会大到火箭会消耗大量燃料以防止其坠落回地球。

你必须明白地球的作用引力，拉下所有试图远离它的物体。因此，要想摆脱地球的引力，必须达到极高的速度。

换句话说，火箭需要达到足够大的速度才能摆脱地球强大的引力。这个速度称为“逃逸速度”。对于地球，逃逸速度值为每秒 11.2 公里（25,020 英里/小时）；这意味着你必须以每秒 11.2 公里的速度加速火箭才能进入轨道。

既然已经确定火箭需要相当快的速度才能进入轨道，那么他们是如何赋予它如此巨大的垂直速度的呢？

图示：主发动机和固体助推器-航天飞机的主发动机和 2 个固体助推器提供获得更高垂直速度所需的推力。

航天飞机发射所需的推力由两枚固体火箭和三台航天发动机提供，所有这些都在发射过程中工作。据美国国家航空航天局称，两个固体助推器提供的推力为 660 万磅，而航天飞机的三个发动机提供的推力约为 120 万磅。这意味着发射期间的总推力为 780 万磅！

只有如此强大的推力，才能以难以置信的速度将航天飞机发射到空中。垂直上升最初很慢，航天飞机需要 8 秒才能达到每小时 100 英里（1 英里）的速度。 （每小时 61 公里）。然而，由于燃料消耗快，航天飞机爬升很快，在飞行的第一分钟结束时，它达到了惊人的每小时 1000 英里（1609 公里/小时）的速度！

插图：火箭像飞机一样发射

既然您已经完全了解逃逸速度和快速进入轨道的重要性，就很容易理解了为什么火箭没有它会像飞机一样从跑道上起飞。这背后有几个原因。主要是飞机不能以每小时 500-600 英里的速度飞行。作为航天飞机的飞行员，你想尽快离开大气层。为了实现这一点，您需要非常高的速度。这就是航天飞机发射使用大型外置氢罐和燃料助推器的原因，因为它们希望在几秒钟内达到巨大的速度。

图示：外舱为航天器的上升提供动力——与航天器相连的外置油箱为其在空中的上升提供动力。

当然，你也可以在垂直上升过程中以较低的速度花更多的时间逃离大气层，但这会需要大量的燃料——事实上，数量惊人。这种将火箭发射到太空的方法在技术和经济上都是极不受欢迎的。

根据 NASA 的数据，使用目前的技术，每次发射航天飞机的平均成本约为 4.5 亿美元。但是，当您添加额外的助推器（或更多燃料）以提供（用于飞机式发射）空中连续推力时，发射成本将是真正意义上的天文数字。

此外，您还必须考虑其他技术影响。例如，航天飞机在发射时的重量超过 204 万公斤（450 万磅）；那么，在不显着增加发射成本的情况下，您可以添加多少燃料？

文章来源：《飞机设计》 网址: http://www.fjsjzz.cn/zonghexinwen/2021/0902/898.html