E科技

您的位置:主页 > IT

让火箭着陆怎么就那么难?


SpaceX成功发射太空舱后,猎鹰9号火箭在海上浮动平台尝试着陆以失败告终。我们应该为此感到惊讶吗?不,应该惊讶的是火箭着陆差点就实现了,因为这是相当困难的。

那么,火箭着陆为什么会这么难呢?连线杂志最近发文对其中的原因作出了分析。

登月飞行器的着陆很简单

在阿波罗计划中,我们将好几个飞行器送上了月球。

其实,有一款著名的电子游戏也叫登月者(Lunar Lander),游戏目标就是通过改变角度和推力,让太空舱在月球上安全着陆。

登月飞行器要着陆并不这么容易,不过还是比SpaceX 的猎鹰着陆要容易些。那么它们之间的区别在哪?登月飞行器的底部有一个火箭,它可以随着飞行器侧面其它的推进器旋转。而猎鹰9号的底部的火箭引擎,它既要推进又要旋转,这有点难以操纵。(还有,登月飞行器在月球上受到的引力更小)。

火箭着陆三动作

猎鹰9号火箭的主推进器可以做到以下3点;

垂直加速度:可以适当让火箭减速,这样火箭就不会因为速度过快而坠毁。

水平加速度:用于改变火箭的水平速度,能帮助改变火箭的水平位置,以便火箭可以在海上浮动平台上安全着陆。

角加速度:可以改变航天器重心的旋转运动,能帮助确保火箭垂直着陆。

也许举一个简单的例子来说明会更有意义。假设猎鹰火箭即将着陆,它具有一定的水平速度,为了让它减速从而安全着陆,底部的火箭引擎必须在相反的方向上施加推力。如下图:

为了给向右加速,火箭会稍微向右倾斜一点,然而,由于该推力并不作用在飞船重心所在的直线上,因此会产生一个改变飞船旋转运动的力矩,加上这一点,那么你就必须改变推力大小,从而使火箭加速上升和下降。

用这样的方法让火箭着陆,是一件非常棘手的事。其实,你可以尝试一下类似的事情。譬如你拿一个扫帚或长棍到一个空旷的地方,在走动的同时,把扫帚的末端立在手上保持其平衡。怎样才能让扫帚停止移动呢?

就像你看到的,在这个试验中,扫帚没掉下来。然而如果火箭也要做到这样的话,那么它的末端需要被固定并保持垂直。

为什么不采用不一样的火箭设计呢?

有两种火箭的设计,第一种就是猎鹰9号那样的设计;第二种就是采用一个更扁平、易于着陆,看起来和登月飞行器有点像的火箭设计。

这种Easy Lander更容易控制。

首先,它不像猎鹰9号一样修长,重心也更靠近主推进器,这样它们就不会制造太多力矩来改变航空器的旋转运动

此外,它有多个推进器,这样可以通过不同的推力来将力矩抵消掉

最后,该设计还包含了侧推器,你甚至可以在不旋转飞船的情况下,改变水平运动。

这看起来似乎不错,对不对?

虽然Easy Lander更易于着陆,但它仍然不如猎鹰9号。猎鹰9号并不是专门用来在海上浮动平台上着陆的,它是为运送物资进入太空而设计的,这才是它的主要功能,也恰恰是Easy Lander缺乏的功能。

修长的火箭在加速穿过大气层时,由于火箭前端的横截面积小,受到的空气阻力也小。Easy Lander运送物资的话,它需要更多的燃料产生动力来抵抗更大的空气阻力,更多的燃料就意味着需要更大的火箭(为了装载更多的燃料),这样又需要更多的燃料来推动更大的火箭。但发射火箭时,每一点重量的增加都至关重要。

当然,Easy Lander只是对火箭形状的一个推测。无论哪种形状,让火箭运送物资进入太空,最后返回并安全着陆是一件非常困难的事情。

via wired

雷锋网“2014十佳App评选”活动完美收官,评选结果火热出炉

相关阅读

  • 11-29 iphone6合约套餐怎么选择?联通电信套餐对比
  • 11-21 移动互联网时代,街机还怎么重返辉煌?
  • 11-20 4G转售开放了,虚拟运营商怎么平衡2G、3G投入?
  • 11-14 十年远航,人类探测器首次成功软着陆彗星
  • 11-14 “干爹”红利增长到头,微博怎么办?