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23pj.com:如何鉴赏一次火箭发射,显得自己很专业的样子?

我国很多城市的公交车司机都是急性子,人家坡上起步,他们坡上起飞。我听说又以武汉和长沙最为刚猛,如果你不服,欢迎在弹幕里PK一下。

当车开过圆弧形路面,如果司机给一脚油,车子可能会腾空而起,你会感受到一种失重的赤鸡。这个现象告诉我们,只要你快,你就可以起飞。那要多快才能起飞呢?这个高中物理学过mg=mv2/r,v=sqrt(gR),R是路面的曲率半径。比如洛圣都这座桥R=10米的话,那么只要超过40码,车子就会飞起来。

如果我们把视角拉远,把地球看作一个大拱桥。只要司机师傅的油门踩得足够狠,车子也会腾空而起,更加赤鸡。这个临界速度也是sqrt(gR),R是地球半径。代入易得v=7.9km/s,俗称第一宇宙速度。

地球上的任何物体,达到了这个速度,就会离开地表,成为一个绕着地球旋转的卫星。所以,武汉长沙的公交车司机要是开得再猛一点,也许整辆车会飞向天空,永不回头,成为夜空中陪伴你入睡的第二个月亮。

达到7.9km/s并不容易,环顾周围只有两个东西有这么快。一个是空气。你周围的空气分子时刻在高速撞击你,那么它的速度有多快呢?我们在小学二年级就学过麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布函数。一通推导猛如虎,结果非常的amazing啊!氢气氦气这样的小鬼头速度是非常快的,甚至会有少量分子达到第一、第二宇宙速度,每天有大量氦气在高空中疯狂逃离地球进入宇宙,因此氦气只会消失不会产生,是一种绝对不可再生资源。在此我倡议大家,少玩氦气球,没有买卖,就没有杀害!

那我们周围第二个能超过7.9km/s的,就是火箭了。我推荐大家人生一定要看一次火箭发射,倒计时点火的瞬间紧张又震撼!正好我国接下来火箭还要大发特发。那如果到时候你屁都不懂,看火箭发射只会说“哇哦好快” “哎呀冒烟了”,那就跟看放鞭炮没区别了。

今天就和大家聊聊如何鉴赏一次火箭发射,看完这个视频你就是你们小区的小钱学森。首先,我来给大家演示一次典型的失败的看火箭发射。

奈何鄙人没文化,一句卧槽走天下。在家学好数理化,看火箭才不尴尬。

看火箭,首先要懂发射中的现象。

火箭立在那的时候,会冒出白气。这时候千万别叫“哎呀漏气了!”这是因为部分火箭里面是低温燃料比如液氢液氧,尽管有绝热层,接触空气还是有白气。类似于一根冰棍。所以大家记住,部分火箭发射前其实是个冰箭。

火箭点火时,会产生巨量的白雾。这时候千万别叫“哎呀冒烟了!”那不是烟。火箭点火时会喷出3000度以上的火苗,比较怕热的人站在下面可能受不了。所以发射塔上会放一个600吨的水箱,发射时水瞬间汽化,产生漂亮的水雾。

火箭上升时,推进器的尾焰中隐约能看到钻石形结构。这时候千万别叫“哎哟这火怎么一节一节的!”这个现象大家知道叫什么?哎对叫马赫环!当喷嘴喷出的气体超音速时有可能产生钻石形的驻波。具体的原理大概就是这么一喷然后一膨胀一压缩一干涉,哎这个我二年级也没学,超纲了。

火箭升到一定高度,会突然喷出白雾。这时候别叫“哎哟发射失败了!”这是因为喷出的水蒸气在10-20km的高空遇到-40度以下的低温会形成白色的云雾。

火箭在视野里轨迹是一道弧线。这时候别叫“哎哟跑偏了!”这个叫重力转向。火箭是先直着上去,快速冲出稠密的大气,再绕弯平行于地表飞,毕竟最终卫星是要绕着地球转的。

?看火箭发射,还要看明白它是咋上去的。

1903年俄国科学家齐奥尔科夫斯基发表了火箭构想的论文,成为了火箭的老司机。火箭工作时发生氧化还原反应,产生大量热和气体并向后喷出获得动力。好比你在太空脱裤子放屁,那你就会向前加速推进,成为一个人形火箭。如果你放光了屁,还可以选择把屁股抛掉轻装上阵,那你就是一个二级火箭。

火箭的速度可以用我们小学二年级还学过的齐奥尔科夫斯基火箭方程来计算。我把一个典型的推导过程和结果放在这里,应该能帮助大家理解。

火箭发动机非常高深,但里面的化学反应咱们大家还是能看懂的。比如最经典的反应是什么啊?哎对!肼和四氧化二氮!请大家在弹幕里配平这个反应。这俩玩意都有毒又致癌,所以这种发动机被大家亲切地称为毒发。我国还研发了煤油液氧和液氢液氧的反应。最近发射的长征五号B用的就是8台YF-100液氧煤油发动机和2台YF-77氢氧发动机。

有一个判断的土方法,毒发起飞的火焰冒红烟,煤油的火焰是黄蓝色,液氢的火焰是透明的。到时候你给朋友们表演一个看火识箭,那大家都要直呼内行!

?看火箭,还要看它发上去干啥。比如长五B以后就要负责把空间站的舱段发上去。

其实火箭和快递小哥解决的是同一个技术要点:在精确指定的时间把目标送到指定的位置。所以火箭工程师和快递小哥本质上是一个工种。

火箭重量有90%是燃料,只有不到5%是任务载荷。类似于找了个猛男带一堆干粮让他运输一颗樱桃。每省1克燃料都是很重要的!毕竟为了多运一点物品,就要多带燃料,为了多带燃料,就要多带燃料。从而导致燃料质量套娃式上升。

?懂了这些,再回过头去看火箭发射,你就不会卧槽来卧槽去了。6月可能还要再发长征三号乙,下次大家看的时候可以把今天学的知识应用起来。

有些观众可能要问了,为什么我们要发火箭呢?中国一年航天可能要花20亿美元,给全国14亿人每人分1亿还有6亿,把钱送给我吃火锅不香么?

浅层的原因是,发射火箭能直接造福你的生活。火箭往太空中发射卫星,卫星能观察土壤,科学耕种,让你收获更多的火锅食材。卫星能导航,让你能轻松找到任何一家火锅店。卫星能看天气,让你规划出门吃火锅的日子。卫星能用于军事,让你生活在一个能无忧无虑吃火锅的国家。

中层的原因是,火箭是人类工业的巅峰,为了完成这个大任务,科学家和工程师们要开发更精密的技术,寻找更先进的材料。你永远想不到,尿不湿最初是为了宇航员发明的,现在你也可以每天穿。一项航天技术的突破,会间接向我们的生活溢出更多潜在的福利。

最深层的原因,也许我们可以从几个名字中找到答案。我国于2019年宣布,要在2022年前建成天宫空间站。空间站两个实验舱分别叫问天和梦天。我国的火星探测计划命名为天问。

我想这些来自中国古代的优美名字已经回答了航天的动机:我们要向天空向宇宙发问。探索宇宙的未知是人类自古以来最本能又强大的梦想,而越强大的梦想能凝聚越多的人为之奋斗。

我梦想着做出一档能启发观众好奇心的科普视频,这个梦想也许能凝聚几个人一块做。但火箭发射,就能凝聚无数航天人梦想着星辰大海。一枚胖胖的火箭,点火的瞬间能让举国同此凉热。

前几天长五B发射的时候,文昌的沙滩上挤满了人。我们基本都不懂火箭,但为什么这么多人能自发集中起来围观一个3分钟的事情呢?我想是因为火箭的发射能点燃每一个平凡人内心深处的好奇。

在那一刻,沙滩上的大人孩子集体仰望天空,场面十分浪漫。在那一刻,我们都找回了小学二年级一般的好奇。而好奇永远是人类进步的原动力啊!

感谢大家收看本期视频!希望大家三连支持一下!欢迎关注我的账号毕导THU,我们下期再见!

参考资料

1、Циолковский К. Исследование мировых пространств реактивными приборами[M]. Машиностроение, 1967.

2、http://www.aerospaceweb.org.ykk88.com/question/propulsion/q0224.shtml

3、http://www.ykk88.com/en.wikipedia.org/wiki/Rocket

4、http://www.ykk88.com/en.wikipedia.org/wiki/Liquid-propellant_rocket#Types

5、http://www.ykk88.com/en.wikipedia.org/wiki/Solid-propellant_rocket?

6、http://www.ykk88.com/www.youtube.com/watch?v=fJ380rPYE4Q?

7、http://www.ykk88.com/www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/rocket/rktpow.html?

8、http://www.ykk88.com/en.wikipedia.org/wiki/Rocket_engine_nozzle?

9、http://www.ykk88.com/zhuanlan.zhihu.com/p/102175835?

10.http://www.aerospaceweb.org.ykk88.com/question/propulsion/q0224.shtml

11、http://www.ykk88.com/en.wikipedia.org/wiki/Shock_diamond

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