助推器不对称,连喷火都是斜的,宇宙神5型火箭为何如此特别?

助推器不对称,连喷火都是斜的,宇宙神5型火箭为何如此特别?
2024年06月27日 18:24 UFO之家看点号

火箭是目前唯一一种能够将地球上的东西送出地球的飞行器,所以主流国家都在研发并制造属于自己的火箭。

不同国家所研制的火箭,虽然在外观上有所差异,但大体轮廓都是相仿的,呈现水平对称,而且在火箭发射的时候,喷射而出的火焰都是垂直向下的。其实这很好理解,只有对称才能保证重心居中,垂直向下喷射才能够保证火箭不会倾倒。不过总有一些家伙喜欢标新立异,比如宇宙神5型火箭就是个例外,它的助推器排布不仅不对称,就连喷射而出的火焰都是斜向的。

观看宇宙神5型火箭的发射图片,会令人感到非常困惑,因为只要具备初中水平的物理知识就能够想到这个火箭的最终结局,它会向一边倾斜、然后再天空中翻滚,最终坠落地面。

为什么呢?火箭升空的力量来自于发动机喷射工质所产生的反作用力,而宇宙神5型火箭的助推器并不是对称分布的,这就导致整个火箭的重心并非位于火箭的中心,如果喷射火焰所产生的反作用力不能够从重心穿过,就会产生力矩,进而就会导致火箭倾斜、翻滚。

如果我们更深入地去了解宇宙神5型火箭,就会发现它其实是一个系列火箭,不仅可以安装一枚助推器,还可以安装两枚、三枚、四枚,乃至5枚。有趣的是,不管安装几枚助推器,它们都不是对称排布的。

为了保证对称性,现在所研发的火箭基本都是采用偶数数量的助推器,而宇宙神5型火箭即便是安装偶数枚助推器,它们依旧不会对称排布,就算是只安装2枚,也一定要把它们歪着安。为什么要如此呢?其实这也是不得已而为之。

宇宙神5型火箭诞生于1957年,它原本其实并不是一枚火箭,而是一枚洲际弹道导弹。

由于在设计的时候并没有打算将其改装为火箭,所以也就没有预留挂载助推器的位置。在宇宙神5型火箭的芯级底部存在着一个巨大的输氧管,在输氧管的旁边还存在着一个装载各种线路的凸起物,正是因为这两个东西的存在,助推器就没有办法对称排布,只能插空挂载。插空挂载助推器倒是省却了重新设计火箭的麻烦,但却带来了一个棘手的问题,就是前面所提到的重心问题。

助推器不对称,重心就不居中,所以想要避免火箭在发射的时候倾斜,就必须要进行下一步的改造,让火焰喷射的方向也变得倾斜。

这样做的目的,就是为了让火焰喷射所产生的反作用力能够穿过火箭的重心,没有力矩,火箭自然就不会发生倾倒了,这就是为什么宇宙神5型火箭发射时的火焰是斜向喷射的。至此,问题并没有完全解决,因为火箭的重心并不是固定不变的。在火箭升空的过程中,由于燃料的快速消耗,火箭的重心会不断发生变化,要保证推力始终能够穿过重心,就必须要随着改变火焰喷射的方向。

助推器的喷口是固定不变的,所以要想让推力始终能够穿过重心,就必须要让主发动机的喷口动起来。

宇宙神5型火箭所使用的事RD-180发动机,该发动机的喷口可以做最大8度的旋转,在火箭升空的过程中,主喷口会随着燃料的消耗实时改变方向,始终保证推力能够准确穿过重心,避免火箭发生倾斜。这一系列的改动听起来是挺费劲的,但相比重新设计制造一枚火箭,还是要省时省力很多。

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