月球上有风吗(月球没有大气,探月器如何点火,又如何升空?)

2021-10-09 16:02  阅读 8 views 次

火箭点火升空,携带探月器前往月球,而登月舱在月球执行完任务后,又会再次点火升空返回地球,等一等,月球和地球不同,月球是一个近乎于真空的环境,其大气压力约为10的-10次方帕斯卡,在这样的环境下探月器如何点火,又如何升空呢?

所谓的点火,实际上就是让可燃物燃烧起来,而在地球上点火是一件理所当然的事情,因为地球大气中氧气的含量约为21%,所以一般情况下,我们在点火之前是不会考虑氧气问题的,这也使我们忘记了氧气在燃烧过程中的重要地位。事实上我们可以简单将燃烧理解为可燃物与氧化剂之间的化学反应,在燃烧的过程中,可燃物与氧化剂是缺一不可的。在地球上,氧气就是天然的氧化剂,所以在点火之前,我们通常只需要准备好可燃物,然后为其提供一定的热量,它就可以熊熊燃烧起来。

不过即使在地球上,只依靠空气中的氧气来充当氧化剂,也并不能够满足所有情况下的需求。

因为地球空气中的氧气含量仅为21%,所以这就限制了燃烧所能够达到的温度。如果我们想要获得高温燃烧,比如300摄氏度以上的燃烧,那么就必须要额外添加氧化剂了。

举个例子,比如我们在空气中设法点燃乙炔,那么会由于燃烧不充分,而达不到过高的温度,但如果我们将氧气和乙炔混在一起,那么则能够产生300度以上的高温,乙炔焊接就是这一原理。由于乙炔焊接不需要空气中的氧气,所以即使是在真空环境之下,也是可以使用的。既然可以在真空环境下进行焊接,那么在真空环境下自然也就可以为探月器点火。

无论是从地球升空的火箭,还是从月球升空的登月舱,都是要携带氧化剂的。

说到火箭的氧化剂,早期火箭所使用的氧化剂是液氧以及过氧化氢,所以这种火箭又被称之为液体火箭,现在基本上已经不用了。现在的火箭之中携带的是固体的药柱,火箭药柱实际上就是一种固体燃料,这种固体燃料携带方便,而且可以根据火箭的需求设计成不同的几何形状,常见的药柱形状有柱形和球形。

有了火箭药柱,就不需要再借助于空气中的氧气了,只需要配备一个点火装置,就可以顺利完成点火的过程,因此即使是在近乎于真空的月球之上,登月舱的上升段也能够轻松完成点火。既然点火不是问题,那么就剩下升空了,月球上没有大气,那么登月舱的上升段是如何产生推力的呢?

火箭发动机和喷气式飞机所使用的喷气发动机其实是非常类似的。在地球上我们看到喷气式飞机呼啸而过,会产生一个误会,那就是飞机是靠向后推动气体来使自身向前飞行的,实则不然。

无论是火箭也好、飞机也罢,它们之所以能够前进,依靠的是反作用力。只要我们向一个方向施加了一个作用力,那么就一定会产生一个与作用力方向相反、大小相等的反作用力。这是牛顿第三定律所告诉我们的。喷气式飞机向后喷射物质,会产生一个向后的作用力,与此同时会产生一个向前的反作用力推动飞机前行,唯一与火箭不同的是,由于大气的存在,飞机向后喷射的物质会推动气体,而被推动的气体也会产生一个推动飞机前行的反作用力。月球上虽然没有大气,登月舱点火之后向下喷射的物质不会作用于空气,但这并不影响其所喷射物质所产生的反作用力的出现。

登月舱点火之后,可燃物与氧化剂产生化学反应,物质向后喷射而出,产生了一个向下的作用力,与此同时一个力量相等的反作用力产生了,推动登月舱完成升空。

虽然月球上没有空气,但升空反而更加容易,因为没有了空气,也就没有了阻力,且月球的引力要比地球小得多,只有地球引力的六分之一左右,所以登月舱根本不需要火箭发射塔,只需要将登月舱的下降段作为发射架,上升段就可以顺利点火升空了。升空以后的登月舱会非常轻松地进入环月轨道,并与等候在那里的服务舱以及指令舱实现对接,之后服务舱点火,同样是在近乎于真空的宇宙中利用所产生的反作用力回到地球轨道。

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