火箭发射速度变化 为什么火箭发射看起来很慢

目前人类发射火箭是能够达到第二宇宙速度的，只有这样才能飞出地球引力，否则怎么能够前往其他行星探索呢。

人类已经发射了很多飞行器前往地球希尔球之外的星球进行探索，比如太阳、水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星等，最远的探索航天器已经到达柯伊伯带探测小行星，而飞行最远的探测器已经到达距离我们216亿多公里的深空，向太阳系外飞去。

火箭只是一个运载工具，发射运载火箭就是把某个物体送到预定目标。

现在发射的航天火箭主要是运送卫星、探测器或者宇宙飞船。一般来说，发射高度为500公里的地球轨道，火箭入轨速度要达到第一宇宙速度，也就是7.6公里/秒;发射地球同步轨道卫星，则要达到每秒10.25公里;发射探月航天器或者宇宙飞船，则要达到每秒10.8公里的速度;发射到地球引力以外行星航天器，则要达到每秒12~20公里的速度，超过第二宇宙速度。

在地球大气条件下，火箭开始是不能飞得很快的，也飞不了很快。这是由于空气阻力和化学推进剂的比冲量问题。目前得化学推进剂喷射速度只能达到4.2~4.5公里，因此要一次性加速使火箭达到第一宇宙速度是不可能的，这样就发明了多级火箭。

世界航天鼻祖之一，俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基有一句名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。"

他最先论证了利用火箭金星星际交通、制造地球卫星和近地轨道站的可能性，指出了制造航天器和火箭的合理途径，找到了火箭液体发动机结构等重要工程技术解决方案。1903年他在论文《用火箭推进器探宇宙》重提出了著名的火箭理想速度公式。

表述为：VK=Pb g0 Ln[(GT+GJ)/GJ]

式中： VK为火箭的末速度，Pb为比推力(比冲)，g0为地面的重力加速度，GT为火箭起飞时的推进剂质量;GJ为火箭的结构质量，其中包括有效载荷。

这只是一个理想公式，其中忽略了诸多其他影响因素。但这个公式说明了速度与比推力、质量比之间的关系，成为火箭制造的基础理论。但中国还沉浸在四书五经的封建王朝美梦时，俄国就出了如此伟大人物，因此后来的苏联在航天领域领先世界绝非偶然。

根据这个公式，有三种方法可以提高火箭的末速度：一是高能的推进剂;二是尽量减轻火箭重量，用高强度薄材料;三是增加推进剂质量。这几个方法前两个都受到科技水平的限制，短期内无法达到;后一个增加推进剂质量的同时，贮箱和结构性质量同步增加，火箭就没办法起飞了。

即使能够勉强起飞，随着火箭推进剂的消耗，贮箱越来越空，但巨大的贮箱本身质量仍在，火箭拖着一个大包袱一直飞，最终燃料消耗殆尽，也无法达到目标速度。

于是，多级火箭的思想诞生了。二战结束后，美国继承了德国科研成果，研制出了第一枚多级火箭，从此多级火箭渐渐成为了航天的标配。

多级火箭的好处就是第一级使用的燃料最多，因此箭体最大，可以把火箭推送到一个初级速度，然后将烧完的空贮罐丢弃，让火箭轻装上阵;二级火箭接着点火，用完后如法炮制，余此类推，最终把有效载荷推送到需要的速度。

现在的多级火箭根据需要达到的速度，分为2~4级，实际上一般航天用的火箭绝大多数为3级。

从人类目前掌握的燃料、发动机等技术水平来看，火箭发射有效载荷还是很小。

我国发射第一颗人造卫星东方红一号得运载火箭叫长征一号，起飞重量达到81.57吨，最终送上天的东方红一号卫星重量才173公斤。这个质量比是多少?燃料及其附加设施所占比重达到99.57%，有效载荷只有0.43%!

随着火箭技术水平的提升和改进，质量比逐步得到提升。现在的长征五号起飞重量为643吨，近地轨道运载能力可以达到25吨，有效载荷率已经达到了3.7%。而老美在上世纪六十年代发射的土星五号，6次把阿波罗飞船送上月球，起飞重量为2950吨，送达月球轨道有效载荷为47吨，近地轨道运载能力为139吨，有效载荷达到1.6%和4.5%。

火箭把航天器送入轨道后，航天器就自主飞行，这时已经只有很少的燃料，主要用于纠正姿态和变轨。

宇宙飞船也带不了多少燃料，主要依靠火箭的推力达到速度，留下的一些燃料用于返回时提速或变轨。

登月飞船搭载得2位宇航员登陆月球完成任务后，返回时丢弃了着陆器下半部分，只是利用着陆器位发射架，发射升空上半部分得返回舱，加上月球重力小，用的燃料就不是很多。把2位宇航员送到月球轨道，与一直在月球轨道绕月飞行的阿波罗飞船对接，然后丢掉返回舱，利用一点燃料变轨加速飞回地球。

现在人类发射的航天器初速度都还不是很快，飞往遥远距离的飞行器，一般会采用引力弹功效应，利用路途的天体巨大引力效应来为航天器加速。

现在飞往太阳系外的旅行者1号、2号，都经过了途中的木星、土星等天体加速;有些还利用地球引力和太阳引力加速，发射的航天器先围绕着地球或太阳转几圈，代获得加速后在给一点力飞出轨道，飞向远方。

人类目前最快的飞行器当数去年NASA发射的“帕克号太阳探测器”，这是人类第首颗真正的恒星探测器。

“帕克号”会多次飞经太阳和金星轨道，获得加速度，最终将在2024年12月从距离太阳表面只有616万公里的日冕层掠过，承受1400度的高温炙烤，速度达到每秒200公里!

但凭着人类目前科学技术，还不能载人飞得很远。因为要飞远就必须带足燃料，这样飞船就要求做的很大，而且主要是燃料舱。因此人类要飞往升空，还要解决很多问题，比如设法研制出高效率能源，如可控核聚变、反物质等，提升发动机的比冲量，使飞船消耗很少的燃料就能飞得更快更远;还要研究实现飞船生态循环功能，使人类能够在太空长期生存;还要提升飞船安全防护能力等等。

所以，人类飞往深空还是一个遥远的梦想。