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面朝大海,仰望星空

2016-10-14寒木钓萌

科学启蒙 2016年9期
关键词:线速度发射场赤道

寒木钓萌

2016年11月,中国运载能力最强的“长征五号”火箭即将在海南文昌发射升空,对于文昌航天发射场来说,这是其自建成以来的第一次发射任务,也是极其重要的一次发射任务。然而尴尬的是,很多人都不知道我国已经在海南建成了一个全国最大的航天发射场,有些人更是对我国在已有3个航天发射场的情况下,还要在海南再建一个航天发射场感到很是疑惑。我们真的有必要建海南文昌航天发射场吗?答案是——当然有必要!

大大节省燃料

地球上几乎所有的火箭都是自西向东发射的,原因不难理解,这是为了与地球自转方向相统一。毫无疑问,地球表面的所有物体都沿着纬线的方向随着地球自西向东转动,由于这个原因,火箭在地面未发射时,就已经具有了一个向东的、和地球自转速度相同的速度。那么,如果火箭向东发射,它就可以利用这个本来就有的速度使自身迅速加速。

这种在物体作圆周运动时,其上任意一点产生的速度,我们称之为线速度。然而,地球表面各处的线速度是不同的,纬度越低线速度越大,极点的线速度最小,赤道的线速度最大。

这就类似于一把转动的雨伞,伞的顶部相当于极点,而伞的边缘就相当于赤道。雨伞转动时,雨滴会先从伞的边缘而不是伞的顶部飞出去,就是因为伞边缘的线速度最大。

对于地球来说,赤道上的线速度最大,约为每秒465米。如果在赤道发射火箭,等于提前给火箭附加了一个最大的力,自然就节省了很多的燃料。我国的海南文昌卫星发射中心位于北纬19度36分,就目前来说,它已经是我国最靠近赤道的发射场。

缩减调轨燃料

另外,我们现在的运载火箭一般都用来发射地球同步轨道卫星,而地球同步轨道卫星有这样一个特点,它们位于地球赤道的正上空。如果发射的是地球同步轨道卫星,那么在赤道发射将会使卫星一开始就具有正确的轨道倾角,直接就能进入正确的轨道平面。相反,如果是在高纬度地区发射这样的地球同步卫星,那就要求卫星携带额外的推进剂,以便在太空实施空间机动,从而改变轨道平面,使最终的轨道面与赤道面重合。综上所述,在越接近赤道的地方发射地球同步轨道卫星,越能缩减调轨燃料。

方便运输

北京大学地空学院的焦维新教授曾说过:“大推力火箭是建造空间站的首要前提,也是人类重返月球、登陆火星的必要条件。”然而,大推力火箭的直径都很大,对于我国内陆的3个航天发射场来说,运送大型火箭一直是个老大难的问题。当火箭直径超过3.5米时,它就很难通过火车运输。以“长征五号”系列运载火箭为例,它的直径为5米,要运抵内陆的3个航天发射场相对比较困难。而文昌航天发射场位于海南靠近海岸的地方,具备良好的港口,可以进出和停泊运送大型火箭的船只。可以预见,未来我国大型火箭的发射,比如登月计划还有火星探测器所需的火箭,都将从海南文昌航天发射场发射。

无须担心火箭残骸

内陆航天发射场有一个难以避免的安全隐患,就是发射火箭时,残骸一般会坠落在发射点以东1000千米内,这就有可能会掉落到有人的地区,从而造成不必要的经济损失甚至是人员伤亡。而文昌航天发射场的一个显而易见的好处就是,它的东面是茫茫大海,即使有残骸坠落,也大可不必担心安全问题,因为它会砸中船只的可能性是微乎其微的。

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