为什么火箭会有这么大的“力气”

　　2016年10月17日，搭载着“神舟十一号”载人飞船的长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空。看着火箭将“神舟号”飞船送上蓝天，你可能会想：为什么火箭有那么大力气？

　　在发射“神舟号”飞船的电视直播中，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。

　　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。

　　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。

在飞行活动暂停了4年零8个月之后，我国神舟系列飞船神舟十二号又出发前往太空了，6月17日上午9:22，在我国甘肃酒泉卫星发射中心，长征二号F型火箭推举着神舟十二号飞船顺利升空，飞船中乘坐着聂海胜、刘伯明和汤洪波三位航天员，他们将在神舟十二号飞船与天和号核心舱对接之后，进入核心舱中进行为期三个月的太空驻留工作，那么这三个月他们将在太空中做些什么工作呢？

其实还在6月16日的上午，中国载人航天工程办公室主任助理季启明就对此做出了介绍，他表示，根据神舟十二号载人飞行任务总体安排，三名航天员在轨期间将主要完成四个方面的工作，简介如下：

第一，三名航天员将开展天和核心舱组合体（包括天和核心舱，天舟二号和神舟十二号飞船）的调试和日常管理，当航天员进入核心舱之后，会首先去天舟二号货运飞船中取出需要使用的物资，包括航天员日用物资和实验设备等，然后配合地面指挥中心进行天和核心舱内部设备的在轨调试，配合舱外机械臂的测试与操作训练，并做好日用废弃物的管理等。

第二，开展航天员的出舱活动及舱外作业，这样的任务将会至少执行两次，具体工作包括舱外航天服的组装、穿戴和测试，检查并开展舱外工具箱的组装和配备，另外还有全景摄像机和扩展泵组的安装或移动调试等工作。

第三，根据总体安排开展空间科学实验和技术试验，天和号核心舱中安装了几十个科研箱体，航天员将进行空间应用任务实验设备的组装和测试，并从天舟二号货运飞船中取出相关的科研物质，按程序安排开展太空科研实验，主要是生物和医学领域等的实验，另外也有可能开展类似之前王亚平进行的科普教育活动。

第四，航天员自身的生理特征的监控和记录，航天员们在太空微重力环境下的日常生活也都是有规划的，他们要进行自身的 健康 管理，按计划开展日常的身体锻炼，并定期监测，能够维持与评估自身 健康 状态，这些都是对今后航天员和普通人进入太空的生理特征有指导意义的。

季启明还透露，天和核心舱和天舟二号组合体传回的数据表明其运行状态良好，各种设备工作正常，适合航天员进入开展工作。天和核心舱空间很大，比曾经的天宫二号大了3倍，里面配备了3个独立卧室和1个卫生间，三名航天员在其中工作和生活不会显得拥挤。

天舟二号货运飞船中已经准备好了各种日常生活用品，光吃的食物就配置了120余种营养均衡、口感良好、长保质期的航天食品，日常锻炼区则配备有太空跑步机和自行车，供航天员日常身体锻炼；航天员们还可以通过天地通信链路和地面进行双向视频通话，联系也很方便。

本次载人航天任务乘员组由聂海胜担任指令长，他曾参加过神舟六号、神舟十号载人飞行任务，刘伯明则参加过神舟七号载人飞行任务，二人都是特级航天员，汤洪波则是首次飞行，另外还有翟志刚、王亚平、叶光富为备份航天员。

参考资料：

《央视新闻》6月17日直播节目《铸梦太空，神舟十二号载人飞船出征太空》

这项训练也可称之为生物医学训练，其目的是要提高人体对航天过程中特殊环境因素的适应能力。这些因素可分为三类：一类是太空物理环境，如真空、失重和辐射、温度交变等；一类是与载人航天器飞行动力有关的因素，如噪音、火箭冲击力(超重)、角加速度和角速度因素(影响人体前庭功能)；一类是载人航天器的狭小环境带来的特殊因素，如孤独和窄小的生活范围、人工气体、特殊食品和进食方式、生活时间节律的改变等等。

在载人航天中这三类都会遇到，但有的因素可用工程技术手段加以解决，对人体来说就不成为问题了，如真空、高低温度、辐射因素等；有些可部分解决，如超重、噪音、振动和刺激前庭器官的角速度及角加速度因素等；有些只能靠适应和锻炼采提高耐力，如失重、部分超重和前庭刺激因素、人工大气、狭小环境和生活节律改变等等。真正的训练适应耐力就是指后一类和第二类的一部分。

1失重适应训练：失重或者说低重力是航天环境中主要特殊因素之一，人体进入太空后受失重环境影响较大，虽然可飞来飞去身轻如燕，但总感觉头晕脑胀，如不在地面加强训练和锻炼，很难在太空生活和执行航天任务。这项训练的目的就是使宇航员在航天前就体验失重环境，借以提高对失重情况下的稳定性，锻炼失重环境下生活和工作的适应性。

在这项训练中，基本是采用两种办法，一是在“失重飞机”中训练，一是在失重水池中训练(长期卧床法不常用，只是在研究失重或低动力条件下人体生理反应时才使用)。

所谓“失重飞机”就是使飞机进行搪物线式飞行，它可造成20～30秒钟的失重环境。前已讲过，在选拔中也使用这种方法，但那只是一次性考验，看被选者是否能适应这种短期失重条件。在训练中就不是一次两次地飞行了，要反复进行。为使宇航员适应与体验失重环境，还要求在短期失重中做一些航天时要求的动作，如进食、取物，和其它宇航员一起做共同性动作。一般这个训练项目反复进行30次左右后，被训者初试时的紊乱感觉就可消失，就可相对自如地做要求动作。

另一种训练方法是在一个大水池中进行。所谓“失重水池”也大小不等。小型水池只能使宇航员体验一下飘浮感觉，这并不是真正的失重，只是一种类似失重的浮力感觉，这种训练方法主要是要求宇航员在飘浮状态下完成航天时所需要做的各种动作。

2超重耐力训练：超重环境，前已讲过它是由火箭起飞或载人航天器返回时的加速度引起的。这种环境因素对人体有较大的影响，不过火箭技术的发展，已使超重因素相对减少，但仍需对人体的耐力加以锻炼才能适应航天的需要。前苏联对超重耐力的训练主要有两种方法，一是在飞机上进行二是用人工重力模拟器，也就是在人用离心机上进行。前苏联星城有两台较大型人用离心机，一是7米直径，一为17米直径，并有3轴吊篮舱的离心机。训练的目的除加强宇航员对超重环境的适应耐力外，主要是使宇航员在超重环境中能作出各种技巧动作。人们发现，人体在超重环境的耐力潜力较大，经过严格训练(包括日常的其它类体质训练在内)的人，比不受训练的人，有大好几倍的耐力。

3前庭功能训练：前苏联对宇航员的前庭功能耐力训练主要是与日常体质锻炼结合起来进行。训练方法有主动与被动之分，主动方法包括徒手体操、跳弹跳网、滑雪、滑冰、冲浪等运动项目；被动方法是把人放在转椅、转台、秋千、旋转房、离心机、飞机上进行训练。无论是主动还是被动训练，目的是使受训者在接受对前庭器官有刺激的因素(如转动、旋转、失重和超重等)刺激时，人体不会发生眩晕和错觉症状。训练周期性进行。合格的表现是耐受时间延长，心率和血压的波动幅度降低，头晕等症状减轻或消失。这项训练安排在受训期间的全过程，一直到上天之前。前苏联第二名进入太空的宇航员季托夫，首先发生了“太空运动病”，出现头晕、恶心等症状，返回地面后，还要继续对此项课目进行锻炼。一直到他第二次进入太空时为止。

4特殊生活方式适应训练：人类在地球表面生活已成习惯，24小时为一天，人体本身也形成了生活节律，晚上要睡觉，白天工作。但进入太空后，在近地空间围绕地球旋转，大约每90分钟就是一个“昼夜”，而且要生活在狭小的载人航天器内。为了适应这种生活，在进入太空之前必须进行这方面的适应训练。前苏联非常重视这一课目的训练和科研工作，除将之作为每个受训者的必修课之外，还有重点地把将要执行任务的宇航员放在地面模拟舱内较长期地生活，锻炼宇航员的沉默孤独耐力，观察心理的稳定性程度。特别在睡眠规律遭到破坏后，看宇航员的适应能力。在地面密闭舱内不习惯的人：绝对不允许进入太空，因此此前必须经过反复训练，提高其适应能力。

火箭发射后的运动轨迹实际上就是火箭的弹道。火箭的弹道设计在火箭总体设计中是重要的一项内容，关系到火箭总体方案中的运载能力是否能够在弹道约束下满足。对这点做下解释，运载火箭要将有效载荷送入轨道，除了要满足入轨的轨道要求外（可以理解为弹道终点即为航天器的轨道起点），还要满足运载火箭的残骸落区要求，分离后的子级一方面要避开人口聚集区，也要避免落在其他国家领土领海，从而引起不必要的冲突，所以火箭的飞行轨迹（弹道）是在火箭发射前就已经根据目标轨道的参数确定好了。在火箭发射前根据发射场气象条件（地面风速等）对弹道进行修正后，修正后的弹道被装订到火箭的飞行程序中。这就意味着，火箭的飞行轨迹理论上来说是应该按照装订好的弹道飞行程序飞行的。火箭最完美的飞行轨迹应该是理论上计算的弹道轨迹。如果不考虑各种偏差及随机干扰，所有的情况都和设计时预想的一样的话，火箭在点火起飞后，控制系统根据装订的飞行程序，按照时序控制发动机的伺服机构，从而控制发动机喷管的摆动，提供火箭进行程序转弯等动作的的控制力，实际上控制力是发动机推力的一个方向的分量。从而完成火箭的弹道飞行。但这个过程实际上是理论上的，可以看出这是一个开环控制的过程。但是在实际情况中，火箭飞行时会遇到风切变、各种飞行误差的累计，从而会使得火箭的实际飞行弹道偏离计算的弹道轨迹。在这种情况下，如果还按照预定的动作执行控制，势必不能准确入轨。所以，在这里就需要根据飞行误差进行弹道的修正。要进行误差的修正，需要先对误差进行识别和敏感，这就涉及到火箭的各种姿态、位置的敏感器件，实际上这是导航和制导系统需要完成的工作内容：对火箭的实际飞行位置和姿态进行感知、敏感和判断，火箭的控制系统根据实际飞行情况与预先装订的弹道进行对比，根据计算出的偏差，发出控制指令，伺服机构控制喷管摆动，完成弹道轨迹的修正。这样，整个火箭的控制变成了一个闭环过程

1、拖放零件来制作火箭，这是基本火箭的模型，按照模型去拖放零件的指定位置。

2、基本完成好之后，就可以点击发射，会进入下一个环节的调整。

3、起飞，点击发动机，打开发动机开关，点击油门杆，打开油门开关，滑动油门杆来调节油门大小。

4、火箭到达大气层上方抛物轨道的最高点后，切断油门，在此之前，需要一直燃烧燃。

5、当火箭处于运行轨道的最高点后，进行燃料程序，直到火箭环绕整个星球运行一周后，顺行燃料程序就可以停止。

6、火箭在轨道上运行时，可以通过控制火箭做出一些动作来改变火箭的运行轨道的形状。

运载火箭的发射利用了牛顿第三定律和引力定律，也就是利用了推力和重力这两种力。

推力是火箭在发射时产生的向上的力，它是由燃烧推进剂产生的庞大的热能和气体压力所产生的。根据牛顿第三定律，每个动作都有相等而相反的反作用力，所以推力会产生一个向下的反作用力作用于火箭底部，使火箭能够向上加速运动。

重力是地球对火箭的吸引力，它是由地球的质量所产生的引力。根据引力定律，地球和火箭之间的引力与它们之间的距离成反比，距离越近，引力越大。因此，在火箭发射的过程中，重力会一直作用于火箭，并且会逐渐减小，直到火箭脱离地球的引力范围。

在发射过程中，火箭需要克服重力和空气阻力的影响，同时利用推力不断向上加速运动，最终进入轨道。因此，火箭的发射需要在设计时考虑这两种力的影响，以便确保火箭能够稳定、安全地运行。