火箭为什么要站着发射、倾斜着飞行？

很有意思的一个题目，大家在看到的火箭发射直播时，一般都是垂直发射的，这就引起了很多读者的疑问，为什么垂直发射后，又倾斜着飞行呢？

为什么垂直发射？

咱们首先看下面这张图，我们可以直观的看到火箭发射。。。

不好意思，搞错了，直观学机械的小编就爱“导弹”（捣蛋）。

火箭要把卫星送到预定轨道，需要达到一定的速度和高度。在它飞行的过程中，除了自身重力的牵制，稠密的大气阻力是阻碍火箭加速、高飞的重要因素。所以火箭的助推器和一级火箭的使命就是带上足足的燃料猛喷，把火箭快速送到50公里以上的大气层。

比如长二F火箭起飞质量是470多吨，助推和一级推进剂就有350多吨，占到73%。所以对火箭来说，在大气层里待的时间越短、飞的路程越短，空气阻力对火箭飞行的影响才会越小。

我们都知道，点到线之间的距离，垂线最短。在各种角度中，垂直起飞是火箭冲出大气层的一条最短路径。除了路径短这一因素外，垂直发射的推力只要稍微超过起飞重量，火箭就可以腾空而起。要是有角度的话，就需要更大的起飞推力。

下面这个小视频总结一下为什么垂直发射：

火箭要垂直发射，固定还是很讲究的：

火箭在发射时，如何保持火箭垂直不倒呢？其实里面学问很大：

下面是俄罗斯搭载联盟号Soyuz 2.1a火箭发射前的剧照：

俄罗斯搭载联盟号Soyuz 2.1a火箭

大家看到的固定装置多少和咱们国家的不太一样，这是怎么回事呢？分享火箭大神“豆先生的纠缠态”制作的一个科普视频，十分逗，但是不缺乏知识，也带大家了解一下各国火箭的固定机关是什么样式的：

火箭垂直起飞，穿越稠密大气层的路程短、时间短、空气阻力造成的速度损失小。

但如果长时间垂直上升，由重力造成的速度损失就会凸显出来，最终将不能达到所需的宇宙速度。因此，在起飞后十几秒火箭一般会进行程序转弯，逐渐转为水平方向。

斜着飞行：躺赢

当火箭起飞不久后就会逐渐倾斜飞行，最终在天空画出一条弧形的飞行轨迹。简短地说：这是因为火箭想使用尽可能少的燃料进入地球轨道。

火箭发射后弯曲的上升轨迹

其实，这种轨迹是火箭科研人员经过严格计算后设计出来的轨迹，它可以使火箭用更少的燃料将航天器送入预定轨道。

下面分享一个万物30秒制作的短视频：

人类赖以生存的地球大气大部分都集中在距地表50公里以下的高度，它在给我们提供保护的同时，也给火箭进入太空带来了很大阻力。

此外，要使航天器能够在太空长期飞行，必须使其具备第一宇宙速度（7.9公里/秒），让航天器能够依靠向心力维持在轨飞行，而不至于受地球的引力坠落。因此，火箭倾斜飞行也是为了给航天器提供绕地球飞行的速度方向。

虽然稠密的大气层给火箭飞行带来了很大阻力，但在离地球50公里以上的高度，其空气阻力就会变小，如果火箭能够快速通过大气层，就能够使用更少的燃料来加速和爬升。所以，科研人员通过巧妙设计，改变火箭飞行倾角，这样就能达到利用地球引力的作用来改变火箭飞行方向的目的，而不是通过消耗火箭大量的燃料来改变飞行方向。

因此，火箭通过倾斜飞行，一方面可以节省燃料用于水平加速，另一方面可以改变火箭的爬升方向和加速，最终给航天器提供合适的高度、速度和飞行方向，使其能够正常进入预定轨道。

简而言之，如果火箭想要进入地球轨道，它必须在发射后弯曲它的轨道。如果它坚持直行，尽管越往高处引力越小，但最终会在燃料耗尽后逐渐减速，就好像我们往天上扔石头一样，速度到0后重新下落。

参考文献：

[1]中国运载火箭技术研究院：火箭为什么是站着发射的

[2]中国载人航天：火箭为什么要倾斜着飞行？

[3]万物30秒：运载火箭发射后为什么越飞越斜？

[4]国家空间科学中心：为什么火箭发射后沿着弯曲的轨迹上升？

[5]豆先生的纠缠态：为什么俄罗斯火箭没有支架也不会倒？揭秘中美俄的火箭固定机关

本文转载自公众号：直观学机械

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原标题：《火箭为什么要站着发射、倾斜着飞行？》

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