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山顶离太空更近,火箭发射场却从不建在高海拔的山上,为什么?

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依靠化学燃料把火箭送往太空实在不是一件轻松的事情,以至于火箭绝大部分的载重都被燃料占据,真正能够送往太空的有效载荷是少之又少。

既然如此,为什么不设法缩短火箭前往太空的距离呢?地球表面的地形多样,其中有很多高海拔的大山,这些大山少则三四千米,多则七八千米,如果将火箭发射场建在这些山上,前往太空的距离不就大幅缩短了吗?的确如此,事实上如果把火箭发射场建在高山上,不仅能够缩短前往太空的距离,还能够降低火箭所受的阻力。



既然好处如此明显,为什么从没有人这样做过呢?

这是因为这些显而易见的好处其实并没有我们以为的那样好。首先是距离问题,在一座8000米高的山顶发射火箭,火箭的飞行距离将会缩短多少呢?8000米吗?并不是。如果你在电视中观看过火箭发射,就会发现火箭虽然是竖直起飞的,但起飞后不久就会逐渐倾斜,这是因为火箭并不仅仅是要远离地球,更是要进入轨道,高山所带来的纵向距离缩短,对于火箭发射真实的轨道距离而言微乎其微。



真正要缩短火箭发射的距离,是要尽可能贴近目标轨道,而不是选择一个尽可能高的起点。

比如一枚火箭最终要去往的轨道位于赤道附近,那么则应选择尽可能贴近赤道的发射点。其次是阻力问题,火箭升空的过程会受到两方面的阻力,第一是地球的重力,第二是空气阻力。我们知道两个物体之间的引力作用与距离成反比,在高山上发射火箭,距离地球中心更远了,重力也就更低了。但是因重力所带来的燃料消耗只占火箭燃料消耗的一小部分,且即便是在8000米高的山上,重力加速度下降的幅度也就1%左右,影响很是有限。



至于空气阻力嘛,的确,高山上空气稀薄,空气阻力是要小一些,但同样由于空气阻力造成的燃料消耗本身就占比很小,所以能够节省的燃料也是微乎其微。

如果说在高山上发射真能带来什么可见的好处,那应该就是火箭的喷口了。火箭喷口出口面积与喷口喉部面积的比值被称为膨胀比,火箭的推力与其有着密切关系,简单来讲就是膨胀比越大,推力效率就越高,所有加大火箭的喷口就可以提升推力效率。



不过火箭的喷口并不是想做多大就可以做多大。

因为在低空时,由于周围大气压力较大,喷口内的压力会低于周围的大气压力,导致推力损失。而山顶处空气稀薄,大气压力相对较低,所以就可以使用一个相对更大的火箭喷口了,如果是在七八千米的山顶,大概能够带来10%左右的效率增益。又回到了开始的问题上来,既然在山顶发射火箭的确能够带来好处,为什么就是没有发射场建在山顶呢?因为好处没有坏处多。



火箭发射场的选址是有严格要求的,首先一点就是要保证交通和通讯便利。

这是因为火箭的运输和维护都需要便利的条件,还需要与地面控制中心保持紧密的联系,这是山顶条件无法满足的。而且山顶通常气候多变,地形复杂,建设和后期运营成本都会大幅增加,还会产生很多安全隐患。另外,高海拔山顶往往对周边的生态环境有着重要影响,如果火箭发射出现问题造成水源污染,将会带来重大环境破坏。综合来看,在高海拔的山上建火箭发射场并不是一个好主意。

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