我在觀看“亞特蘭蒂斯”號航天飛機在美國國家航空和航天局肯尼迪航天中心著陸的視頻時，一個問題在我腦海中閃現：如果航天飛機能像飛機一樣降落，那為什麼不能像飛機一樣起飛而不是像現在這樣直接向上發射？

圖解：火箭發射！航天飛機的發射

火箭發射是火箭飛行中的起飛階段，需要大量專門為完善火箭的發射設計的高科技設備。這些設備對火箭發射至關重要，並且十分昂貴！

既然發射系統的主要功能是把航天飛機送入空中，為什麼不能讓航天飛機像飛機一樣在跑道上加速後起飛呢？ 拋棄那塊巨大的發射臺，改用跑道，難道不是一個可行性更高的的選擇嗎？

進入軌道

要回答這個問題，你首先需要了解一些與火箭發射相關的事。火箭(如航天飛機)發射後的主要目的是使其進入軌道，也就是說火箭必須達到一條特定的軌道。在這種案例（指“亞特蘭蒂斯”號航天飛機）下，是圍繞地球的軌道。

圖解：“亞特蘭蒂斯”號航天飛機

為什麼火箭要進入軌道？

軌道是圍繞地球的一條環形路徑，在這條軌道上，火箭所受到地球的引力作為在其自身繞著地球旋轉的速度所形成需要的向心力，實現平衡。一旦火箭進入軌道，引力足夠大，可以維持它在繞地球的環形軌道上的運行，也沒有大到火箭要消耗大量燃料來防止墜回地球的地步。

火箭是如何進入軌道的？

你要明白，地球施加萬有引力，拉下每一個試圖遠離它的物體。因此，為了擺脫地球的引力，達到極高的速度是至關重要的 。

換句話說，火箭需要達到足夠大的速度，才能從地球強大的引力中掙脫出來。這個速度被稱為“逃逸速度”。 對地球來說，逃逸速度值是每秒11.2公里(25，020英里/小時)；這意味著你必須以每秒11.2公里的速度加速火箭，才能進入軌道。

火箭發射後怎麼爬升得這麼快？

既然已經確定火箭需要相當快的速度才能進入軌道，那麼他們是如何給它如此巨大的垂直速度的呢？

圖解：主發動機和固體助推器-航天飛機的主要引擎和2個固體助推器提供了獲得較高垂直速度所需的推力。

航天飛機發射所需的推力由兩個固體火箭和三個航天發動機提供，所有這些發動機都在發射過程中工作。據美國國家航空和航天局稱，兩個固體助推器提供的推力為660萬磅，而航天飛機的三個發動機提供的推力約為120萬磅。這意味著發射過程中的總推力是780萬磅！

只有如此強大的推力才能以令人難以置信的高速將航天飛機發射到空中。垂直上升最初是緩慢的，航天飛機需要8秒才能達到每小時100英里(1英里)的速度。 (每小時61公里)。但是，由於燃料消耗速度快，航天飛機快速爬升，在飛行的第一分鐘結束時，它達到了驚人的速度每小時1000英里(1609公里/小時)！

那麼為什麼火箭不像飛機一樣起飛呢？

圖解：火箭像飛機一樣發射

現在你已經完全瞭解了逃逸速度和快速進入軌道的重要性，很容易理解為什麼火箭不會像飛機一樣從跑道上起飛。這背後有幾個原因，最主要的一個是一架飛機不能以每小時500-600英里的速度飛行。作為一名航天飛機的飛行員，你想盡快離開大氣層。 為了達到這個目的，你需要一個非常高的速度。這就是航天飛機的發射中使用大型的外部氫氣罐和燃料助推器的原因，因為他們希望在幾秒內達到一個巨大的速度。

圖解：外部艙為宇宙飛船上升提供動力-連接在宇宙飛船上的外部燃料箱，通過空氣為其上升提供動力。

當然，你也可以較低的速度，在垂直上升過程中花費更多的時間逃離大氣層，但這將需要大量的燃料——事實上，這個數量令人難以置信。這種發射火箭進入太空的方法，從技術上和經濟上看，都是極不可取的。

潛在的隱患

根據美國國家航空航天局的數據，使用目前的技術，發射航天飛機的平均成本約為每項發射任務4.5億美元。但是，當你增加額外的助推器（或更多的燃料）來提供（對於飛機式發射）在空中上升持續的推力時，，發射的成本將是真正意義上的天文數字。

此外，您還必須考慮其他技術影響。例如，航天飛機在發射時的重量已經超過204萬千克（450萬磅）；那麼，在不顯著提高發射成本的情況下，你能增加多少燃料？

圖解：航天飛機短粗的機翼-航天飛機短粗的機翼並不是用來讓它像飛機一樣飛行。

此外，航天飛機短粗的機翼並不是設計來用於讓它像飛機一樣上升，而是用於許多其他功能，包括便利受控的接近再入大氣層等。總之，讓航天飛機的發射像飛機從跑道上起飛一樣，並不是一個完全荒謬的想法，但這種發射的技術後果過於複雜，相關費用又比傳統的垂直髮射方式要高得多。

圖解：火箭發射-圖片來源：nasa

因此，火箭從發射臺垂直髮射，留下一團巨大的氣體和煙霧的景象仍會被保留。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. sciac

Wikipedia

NASA太空廣場

航天器進入軌道-西北大學定性推理小組

堆棧交換

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處