太空中没有空气,嫦娥如何从月球点火升空?怎样产生的推力?

如题所述

第1个回答  2022-08-29


所以这也是一个火箭的问题,问W君是没错的。


题主问到“点火”。

狭义上的“点火”其实就是点燃可燃物让这些可燃物燃烧起来。我们都知道燃烧是可燃物与氧化剂之间剧烈化学放热反映。一般我们在地球上点燃一些可燃物不需要加入氧化剂,通常可以直接消耗空气中的氧气作为燃烧的氧化剂。这是我们日常生活中所做的事情。

但是如果空气中的氧化剂不够呢?例如我们需要更高的温度进行金属的焊接,这时我们通常会使用氧炔焊来进行。

氧炔焊接的过程中,并不以空气中的氧气作为消耗源,空气中含氧量只有21%不能满足

氧炔焊对于氧气的需求,因此我们往往会附带一个氧气瓶,将氧气和乙炔都倒入到焊枪里面。


这时候严格意义上说,氧炔焊是可以在水下或者真空环境中使用的。

其实这里面就解决了一个供氧的问题。使燃烧可以在没有氧气(空气)的环境中进行。


火箭的道理也是一样的。


早期的火箭会分别储存氧化剂(液氧,过氧化氢,图上6和7)和燃料(图上4)。这样火箭发动机的燃烧就和氧炔焊一样不依赖于外界空气提供的氧气了。

后来我们将复杂的液体火箭进行了改进,有了固体火箭。这时候固体火箭药柱中也就同时混合进去了燃料和氧化剂,只要有那么一点点火星子就可以引燃整个药柱提供火箭的推力。这和有没有空气是没有任何关系的。

例如上图就是一个电子点火的固体火箭装置,依靠电极之间发出的热量点燃火箭的固体发动机,人家本来燃料和氧化剂都齐备了,其实就差一点点热量。


电点火装置是火箭发动机的一种点火形势,其实还有化学点火装置。例如利用偏二甲肼注入到二氧化氮中。

不需要点火过程,两者液体只要接触就可以开始燃烧,也并不需要外界空气的参与。


对于题主提到的没有空气怎么产生推力的问题,火箭的推力并不是靠空气的反作用力来的,当火箭高速的喷出燃气的时候。这些燃气就有质量M和速度V。


当火箭用力向后喷出质量为M速度为V的气流的时候,根据牛顿第三定律,火箭也可以获得相应的反作用力而获得向前飞行的动力(推力)。

我来简单科普一下。

在大气层里面的飞行器,推力或者拉力的产生,靠的都是气流的作用。离开了大气层到达外部空间以后,再无气流,空气动力已经无效,但是仍然可以有效利用的是动量守恒。

大家都在电视上看过消防员手持消防龙头喷水灭火的场面,由于水流巨大的反冲动力,一个人往往是无法支持那巨大的反作用力,这个力就是一种动量,而不是气动力了。还有冒险者在公园水面上脚踩喷水装置而在天上飞的,都是同一道理。

火箭就是靠高速向下抛洒物质而获得飞升动力的。当然,此时高速抛洒的物质就是大量的燃料。这也是火箭为什么要做成那么大个头的原因,因为里面大部分空间都用来装载燃料了。而且还要采用多级形式的火箭,后段燃料用完了,就把那段空壳子扔掉,减小载荷,提高效率。

嫦娥五号从月球升空,用的是火箭,全称火箭喷气发动机,现在先进的飞机用的是空气喷气发动机,二者最大区别是,空气喷气发动机自身只带燃料,需要借助空气燃烧。

而火箭喷气发动机既带燃料,又带氧化剂,所以空气喷气发动机只能在空气中工作,而火箭喷气发动机可在没有空气的环境工作。

火箭 的燃烧室,可以理解为只在一端(后部)开口(喷口)的容器,点火后,燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧,生成高温高压的燃气,燃气急剧膨胀,只有喷口处能喷出,其他方向都受到燃烧室的阻碍,于是产生巨大的压力。其中,燃烧室的侧壁受到的压力平衡,不改变火箭的运动状态。但在火箭飞行方向上,只是燃烧室底部受到压力,于是,推动火箭向喷射燃气的反方向飞行。

可见,火箭飞行的推力来自燃料燃烧生成的燃气,与外界有无空气无关。不仅不依靠外界空气产生推力,相反,由于没有空气,火箭飞行时还不受阻力,发射会更容易。

你先去百度一下反冲,动量,氧化剂,还原剂,把初中物理和高中物理化学书翻一翻

实际上人们在设计这些探测器的时候,早就已经想到了会遇到这种情况,哪怕是在太空中的探测器需要进行变轨,没有其他物体可以借力的情况下,那也就只能通过燃烧自身所携带的燃料,通过喷气来改变探测器的轨道。

嫦娥探测器所使用的就是火箭喷气发动机,由于考虑到需要在太空中使用,那就必须要自带氧化剂,这样即使在太空中是没有氧气的,照样也可以通过自身所携带的氧化剂进行点火燃烧,从而进行正常的工作。

而现代先进的飞机一般采用的是空气喷气发动机,由于它们只不过是在大气层中飞行,这样还是可以利用空气中的氧气进行点火,所以飞机自身只需要携带燃料就行了。

其实由牛顿第二定律可以得到,在推力一定的情况下,物体可以产生的加速度是与质量成反比的,所以当然也就是自身的质量越小越好,对于飞机而言,没有携带氧化剂,就可以减少很多的一部分质量,当然也就是要将空气中的氧气利用起来。

但如果要将飞行器发射到太空中,它们都需要非常大的速度,动不动就会有几十个马赫数,所以在空气中将发动机点燃是非常困难的,所以这样的飞行器一般都需要自带氧化剂,也就是需要利用火箭发动机来工作才行,不一定是到达太空才会使用火箭发动机。

其实利用流体作为介质的发动机工作原理基本上都是一样的,那就是根据动量定理,也就是将这些流体向这些机器需要运动的反方向进行喷射,由于这些流体拥有了动量,前提是需要这些发动机给它们提供的,也就是提供一个推力,根据作用力与反作用力的原理,这些被喷射出来的物体就会给予发动机一个向前的反作用力,最终形成了这些探测器的推力。前面之所以提到是流体,也就是它可以是气体,也可以是液体,基本上都是利用这个原理的。

这样为了可以产生非常大的推力,但这些被喷射出来的气体质量都是有限的,飞行器自身携带了多少就拥有多少,一旦全部用完了,那就没有了。

所以必须要从速度上做文章,当这些喷射出来的流体,拥有非常高速度的时候,它们就拥有了非常大的动量,当然也就是可以提供非常大的推力。

那么火箭喷气发动机的燃料和氧化剂就可以在燃烧室里面燃烧,为了使这些气体可以得到很大的喷速,那也必须要在燃烧室里面产生高温高压,才能达到这个目的。

另外,由于火箭喷气发动机没有必要从空气中获得氧气,那么只需要在它的运动反方向留一个喷口就行了,这样就可以通过调节喷口的方向,来达到控制探测器飞行方向的目的。

综上所述,由于嫦娥所使用的是火箭喷气发动机,自身会学到一定的氧化剂,就算在太空中没有空气的情况下,也是可以实现点火的目的,它的工作原理就是动量定理,向后喷射出具有一定动量的气体,就可以得到反推力,推动嫦娥飞行。

与 汽车 、航空发动机一样,(火箭)发动机都是将燃料的化学能通过燃烧转变为机械能、动能。但不同的是, 汽车 、飞机只需要携带可燃物,例如:汽油、柴油、航空煤油等;而对于火箭发动机,除了携带可燃物(液氢、煤油、偏二甲肼等)外,还需要携带氧化剂(液氧、四氧化二氮)。这是因为在地球大气层外,没有氧气支持燃烧;此外,即使周围环境有氧气的存在,但由于火箭飞行速度极快,也无法在段时间内从环境中获得足够的氧气来使得可燃物充分燃烧。

以长征五号为例。长征五号共有四个助推器,每个助推器装有2枚YF-100发动机,使用推进剂为液氧+煤油。长征五号芯一级装有两枚YF-77,推进剂为液氧+液氢。芯二级装有两枚YF-75D发动机,推进剂为液氧+液氢。



除了液氧+煤油/液氢外,四氧化二氮+偏二甲肼也是火箭发动机常用推进剂。例如,长征三号乙型运载火箭助推器、芯一级和芯二级的推进剂均为四氧化二氮+偏二甲肼。但这两种物质对人类均不太友好,一 个遇水变强酸,一个伤肝致癌。

12月3日23时10分, 由航天 科技 集团六院研制的嫦娥五号上升器3000N发动机开始工作,我国实现首次地外天体起飞。由于月球表面昼夜温差极大、后续交会对接过程较为复杂,因此3000N发动机的燃料应该是四氧化二氮+偏二甲肼(瞎猜的)。


火箭的推进原理可以用高中物理动量守恒原理来解释,具体看图:



通俗来讲,火箭中的推进剂燃烧膨胀,高速喷出燃烧后的反应产物,产生推力。这个过程也可以看作火箭向后不断高速推出燃烧物,从而获得一个向前的反推力。值得说明的是:仅仅是推出燃烧物,便可获得反推力。其间并不一定需要大气(或其它任何介质)的存在。所以在月球没有空气的条件下,嫦娥五号上升器也能通过燃烧产生推力,顺利点火升空。




这种燃料也称助推剂。是配比好了的。自带氧气。

老铁,初中二年级物理的内容啊,,反冲

火,是什么?是一种或几种物质剧烈反应使体系温度升高到一定程度的反应的一种现象而已,不一定非得用氧气。没有空气,阻力更小,点火升空的摩擦阻力就没有了,可以上升的更快。推力产生的原理是动量守恒,题主没学过初中物理和高中物理么?

虽说太空中没有空气了,但嫦娥上的发动机带有燃料和助燃剂,发动机点火后会向后喷射气体,从而发动机会借助气体喷的的反方向的力,作为发动机推力,这时嫦娥就可不借助空气而升空。

相似回答