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火箭为什么不能用飞机带到万米高空再发射,这样岂不是省了很多燃

2020-07-24 15:00阅读(91)

火箭为什么不能用飞机带到万米高空再发射,这样岂不是省了很多燃料?:这样发射当然没问题。实际上万米高空对火箭来说不算什么,对普通的常规发射而言,也根本没

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这样发射当然没问题。

实际上万米高空对火箭来说不算什么,对普通的常规发射而言,也根本没必要省这部分燃料。

运载火箭执行任务时,分为低、中、高三个轨道投送目标。

低轨道在150千米以上,一般间谍卫星会跑到这个高度,但它们几天就会因引力而坠毁。

弹道导弹也在这个范围内飞行,它们的“弹道轨道”在35千米到300千米的“亚轨道”高度。

而中等高度的一些卫星,会在距离地球2000千米外的高度飞行。

高轨道的卫星,如同步地球卫星,会在36000千米的高度运行。

就连马斯克放“星链”,它都打到了450千米以上。

你看看,这动辄都是几十万到几百万米的距离,1万米能省个啥燃料啊?

其实的确能省,火箭助推起飞段,因为需要一个从0往上加的加速阶段,所以火箭需要消耗大量的燃料用在起飞上。

如果可以通过一个飞行物负载着它进行加速,达到一定高度,那么确实可以省下不少燃料。

但是呢,并不是所有的火箭都能被背着跑,那些特别重,特别大的,比飞机还大,它们根本不可能“坐飞机”。

比如“胖5”,长征5号起飞重量870吨,全世界哪个飞机也都拖不动啊?它驼飞机还差不多。

比如“能源”火箭驼“暴风雪”航天飞机,不靠这个超级大推力的家伙,怎么可能将起飞重量105吨的航天飞机送进外层轨道呢?

有人肯定会拿苏联安-225驮负“暴风雪”航天飞机说事儿,但请注意,这个并非暴风雪的宇宙空间发射,而是气动滑翔测试。

高端运载火箭发射稳定性非常重要,还需要计算发射窗口,这些都需要稳定的坐标系数和位置信息,以及长期的计算机运算,外力影响越小越好吗,哪怕能坐飞机也不能那样发射。

所以说,拿飞机驼大型运载火箭暂时甭想了,我们只能想想小火箭。

近些年有些通过大型运输机发射空天飞机的构想,它们某些部件具备火箭的特征,但就目前而言,这些依然都是人们的幻想。

实际上,就“飞机射”火箭而言,如果不谈及什么“上太空”问题的话,人类目前早已做到了。

比如轰炸机放巡航导弹、战斗机放空空导弹、攻击机发射火箭弹,这些都是很司空见惯的事情。

所以确实有人藉由这条科技线,在研制能通过飞机发射上天的运载火箭,并且八字已经有一撇了,这就是维珍轨道公司搞的空射运载火箭研究计划。

维珍公司希望通过一架波音747运输机将一枚小型火箭发射到外太空,因为有飞机的加速度,火箭可以减少地面加速度的助推燃料,降低不少成本。

维珍航空对此寄予厚望,希望能由此改变航空发射市场,可惜这项技术自2007年研发到现在也没搞出什么大名堂,最近的发射更是直接失败,火箭发动机工作了10秒就熄火了,火箭一头扎进了太平洋。

人们还得拍着胸脯擦冷汗——型号波音747没事儿,运载火箭的失败率可不是小数字。

不过,虽然维珍失败了,人们却并不真的认为空中发射运载火箭是永远不可行的,科技已经走出了道路,它离实现的距离并不遥远。而且,这项技术显然受到了美军的支持,他们一直盘算着将这种技术修改为“空射弹道导弹”。

这种技术估计在10-20年就会出现并发展成熟。

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飞机背火箭到万米高空再发射能省燃料吗?这是不可能的,也是非常不现实的。因为飞机是属于航空工具,火箭属于航天工具。两个都不是一个重量级的工具,完全没法混在一起说。详细原因主要包括以下几个:

1、运载火箭的重量,世界上还没有飞机背的动,装的下



运载火箭为了把它装在的卫星或者其他空间探测器带到太空,需要消耗很大的能量。而且,由于火箭到达了大气层上层后,空气稀薄甚至没有空气。所以,火箭不仅需要携带大量的燃料还需要携带氧化剂。这样,火箭的重量就轻不了,这世界上还没有用常规燃料飞机能背的动它。



我们以最近发射天问一号的“长征五号”遥四运载火箭为例,这款火箭,箭体长度 56.97米,起飞质量约870吨而世界上最大的运输机是安-225运输机,该机型是为运输暴风雪号航天飞机而研制,最大起飞重量640吨,货舱最大载重250吨,机身顶部最大载重200吨,机身长度84米,翼展88.4米。从数据对比可以明显看到,就算这个能够背着航天飞机在天空起飞的安-225也无能为力。

  • 首先,货舱装不下火箭:因为安-225的货舱最长也只有43.51米,最大宽度6.68米,最大高度4.39米。火箭的长度却有56.97米。如何装的了呢?就算装的了,货舱起飞重量是250吨,和870吨的火箭相差甚远。也就是说你装进去了也背不动。
  • 其次,顶部挂载也背不动:安-225顶部最大载重仅有200吨,而火箭870吨的重量,飞机根本背不动,甚至会被压塌掉。

2、假想你能起飞,火箭分离时,飞机还要不要命?



我们退一万步讲,假设你能造出一架巨无霸飞机可以背得动火箭,也能起飞起来。然而,当飞机把火箭带到万米高空时,火箭终究还是要发射的。火箭发射会产生巨大的推力不说,它尾部喷射出的大量高温气体会产生很大的乱流,你的运输机没有被高温烧毁,也会被巨大的乱流导致坠机。总之,你这个假想的巨无霸飞机会被瞬间摧毁。这种情况下,你还要去省那一点点微不足道的燃料吗?当然就不现实啦。所以,安-225这种运输机,全世界也只有一架。为了避开航天飞机的尾流,把尾巴上的方向舵改乱七八糟才得以保住安全。要知道航天飞机的喷射尾流可比火箭小得多。

3、万米高空对火箭来说,省不了多少燃料



火箭从地面爬升到万米高空原本就省不了多少燃料。因为火箭要摆脱地球引力飞到太空,最重要的是飞行速度要达到7.9km/s以上,而不是一直向上爬。火箭飞行主要分为3个阶段

  • 垂飞阶段:火箭在离开地面以后的10几秒钟内一直保持垂直飞行。在垂直飞行期间,火箭始终保持零攻角飞行,大约也就飞行50km左右的高度,就开始偏飞加速。这里爬高消耗燃料并不是最主要的。加速飞行达到轨道速度是很费燃料的。
  • 等飞阶段:就是火箭已经达到要求的7.9km/s以上速度了,保持跟地球同样的角速度飞行,已经进入了停泊轨道。这个时候,火箭按照最小能量的飞行程序,如果是低轨道卫星,这个时候火箭已经完成任务,可以和航天器分离。
  • 变轨阶段:对于高轨道或行星际任务,末级火箭在进入停泊轨道以后还要再次工作,使航天器加速到过渡轨道速度或逃逸速度,然后航天器与火箭分离。像这次天问一号发射就需要变轨飞行。

从上面看,火箭爬升阶段是其发射任务的一小部分,消耗燃料并不是最主要的。所以,用飞机来背节省不了多少燃料

总结

总之,用飞机背火箭来执行航天任务是不现实的。不仅找不到能够背的动,飞的起的巨无霸运输机,而且就算找到了,也无法安全运输火箭,更何况燃料也节省不了多少。是个亏本买卖。

我是数智风,用经验回答问题,欢迎关注评论。

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当然有这种飞机喽!

这就是“平流层发射”巨型双身飞机(英文:Stratolaunch,译文:平流层发射),世界首架巨型双身飞机。

这架飞机界的“巨无霸”能将火箭运送到3万英尺以上的高空发射,因而可以降低从地面直接发射火箭产生的高燃料成本。 这架巨型飞机有28个轮子,翼展达117米,拥有6台发动机,重达226吨。两个机身中间可容纳25万公斤的有效载荷,包括火箭和卫星。

这是迄今为止翼展最大的飞机,没有之一——不是起飞重量最大。

但是,这架飞机只是试飞成功,证明这东西能飞上天,还没来得及进行火箭发射测试——第一图是动画模拟。

因为项目资助人保罗·艾伦去世了,就是比尔盖茨的老伙计微软创始人之一的艾伦。他的继承人对航天没有兴趣,不再资助,于是“平流层发射”趴窝了。

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造飞机的成本太高,飞机的可靠性(时间要求)与火箭相比,飞机要求更高。飞机可靠性寿命几干小时无故障,而火箭的可靠寿命最多不超过以几分钟计算。飞机零件数量比火箭多,整体可靠性是小于1的零件可靠性数相乘,所以被乘数越多,整体可靠性就越低。

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最低轨道都有400公里左右,间谍飞机最高能飞20公里,普通客机可以飞10公里,完全够不着。

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猎鹰出来前,我也是这么想的。现在才知道燃料只占火箭成本的很小一部分,节约燃料没有意义,重复利用火箭才是根本