人类发射航天器为啥不向上下飞,而是横着黄道面飞?

作者&投稿:门顾 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
~ 常有人好奇,太阳系是扁平的,为何航天器发射时不选择上下飞行,而是沿着黄道面飞行呢?

太阳系的确存在一个黄道面,也就是所有行星和天体围绕太阳赤道形成的盘面。但这个平面并没有上下之分,只有垂直和平行之分。实际上,垂直于黄道面发射航天器并不会更快地飞出太阳系。

太阳系由太阳和围绕它运行的八大行星以及各种天体组成。飞出太阳系意味着飞离太阳的引力影响范围,大约是1光年的距离。

那么,从哪个方向飞会更快呢?这取决于哪个方向的引力更小。要回答这个问题,我们需要了解牛顿的引力定律:F=GMm/r^2。这个公式中,F代表引力大小,G是引力常量,M和m是引力相互作用的两个物体的质量,r是它们之间的距离。

从这个公式可以看出,引力与作用双方的质量成正比,与距离的平方成反比。这意味着引力没有上下左右之分,而是围绕太阳形成的,不管在太阳的哪个方向,引力都是一样的。

太阳的引力影响半径大约是1光年,所以不管是顺着黄道面还是垂直黄道面飞行,飞出太阳系的距离都是1光年。

太阳系除了太阳,还有八大行星和其他天体,但它们的质量总和只占太阳的0.14%,因此其引力可以忽略不计。然而,引力有一个规律,就是越远衰减得越快。因此,当航天器距离太阳较远时,靠近某个行星时,该行星的引力会占据主导地位。

虽然引力没有上下左右之分,但由于太阳系各天体都分布在黄道面上,发射人造天体时会受到一路行星的影响,引力的状态相对垂直黄道面会复杂一些。但这种复杂性为人类利用引力效应提供了便利。

人类发射航天器的能力目前还处于较低级阶段,发射速度还不够快,燃料消耗巨大。火箭自重的大部分消耗在火箭携带的发射燃料自重上,导致最终的有效载荷只有几吨或十几吨。

如土星五号,起飞重量达到3038.5吨,但最终运送到月球轨道的载荷也只有45吨。因此,一旦发射成功,航天器自身能够保留的燃料就很少了,只能主要用于调整姿态,不可能有太多用于提速。幸运的是,人类发现了可以利用天体引力提升飞船速度的方法。

只有平行黄道面飞行,才能更快地飞出太阳系。这是因为巨大的天体既可以给航天器减速,也可以给航天器加速,这种效应称为引力弹弓效应。许多深空探测器都是在经过行星时利用其引力弹弓效应得到加速,从而更快地到达目的地。

因此,只有平行黄道面飞行,才能利用引力弹弓效应,经过太阳系各大行星。

例如,旅行者1号在经过木星和土星时,既探测了这两颗星球,又通过它们的引力甩力获得了加速度,从而达到了飞出太阳系引力的速度:每秒约17千米。现在旅行者1号已经距离我们223亿多千米,成为飞行最远的人造使者,带着地球和人类信息,正在向太阳系外飞去。

因此,从这个意义上来说,人类发射的航天器沿着太阳系黄道面盘面飞行,并不是比垂直黄道面更慢,而是能够更快地飞出太阳系。

此外,还有两个原因迫使人类发射航天器必须沿着黄道面飞行。一是地球围绕着太阳公转是在黄道面上,只有顺着这个方向发射,才能省更多的燃料,得到更大的速度。二是人类目前发射深空探测器的主要目的是探测太阳系天体,而太阳系天体都集中在黄道面附近,探测器只有顺着这个路线,才能一路探测各种各样的天体。


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永嘉县13657304514: 宇宙飞船为啥不向下飞
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永嘉县13657304514: 为什么所有太空飞行器不直线飞离地球,而是好像要沿地球自转轨道飞行飞离,是因为地球引力的原因么?
宣砍丽泽: 的确是因为地球的引力,至于为什么要沿着地球自转飞里,是因为大部分飞行器还要飞回来,直接直线飞离会被地球以外的引力带走,那可就回不来了

永嘉县13657304514: 为什么发射火箭一般都向东发射 -
宣砍丽泽: 航天器的运载火箭差不多都是向东发射,这是因为地球是在围绕太阳公转的同时,还在自西向东自转.在赤道上速度最快,约为465米/秒,纬度越高,速度越小,到了两极,速度就等于零了.地球上的一切物体实际上在地球的自转过程中都获得一定的转动惯量,都有个向东的惯性力,运载火箭飞离地球,为了发挥地球自转所给予它的向东的惯力,提高飞行速度,所以运载火箭总是自西向东方向发射,顺着地球自转方向运行,这称为“顺行轨道”.其倾角大于零度而小于90度. 如果向西发射,不但不能利用地球自转速度,反而要额外付出能量去抵消这部分惯性力,从而必须付出更大的推力.凡卫星自东向西逆着地球自动方向运行的,称为“逆行轨道”.其倾角大于90度而小于180度.

永嘉县13657304514: 为什么宇宙飞船不往上飞 -
宣砍丽泽: 你知道吗?我们所谓的上下左右前后都是相对而然的,要有参照物我们才能确定方位,在宇宙中,当失去了重的的飞船也就没有方位区分了.还有要补充的是,飞船飞行还有一个很重的的外助力条件,就是外太空天体的引了,如果飞船借某一个天体的引力飞行助力的话,那就节省了很多燃料了,比如飞了九年的新地平线号,它是多次借用了木星,火星,土星,天王星,海王星等引力来飞行了,所以才能飞到现在,而且还在飞行.

永嘉县13657304514: 为什么宇宙飞船沿着轨道飞,而不是直线飞?宇宙飞船返回时为什么不是直线往下掉? -
宣砍丽泽: 首先你要了解地球是自转的,发射火箭的时候是垂直的,但对于地球而言他的位置在离开发射架后就开始变化了.同时由于地球引力的作用.沿轨道飞行就好像扔铁饼或链球一样这里有很多力学的原理.你说的直线是相对于地面上的人或建筑物为参照物的吧.地球要自转的要做到垂直降落太难了.就算是坠毁都不可能直线往下掉啊

永嘉县13657304514: 我想问下中国神州八号为什么不自己飞行着陆?为什么每次都要降落伞?怎么跟美国的挑战者号不一样? -
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永嘉县13657304514: “嫦娥一号”卫星为什么不直接飞向月亮 -
宣砍丽泽: 简单点说,卫星想要到达月球,首先需要脱离地球,而脱离地球的最小速度叫第二宇宙速度,卫星如果要直接达到第二宇宙速度,光靠燃料推动是不可能的,这样需要带的燃料也太多,根本不现实,所以需要利用离心力的帮助,让卫星环绕地球,越绕轨道越大,速度越来越大,最后达到第二宇宙速度,脱离地球,飞向月球.

永嘉县13657304514: 航天器在太空借助什么的反作用力来飞行??? -
宣砍丽泽: 首先说明一下:你的理解是错误的,火箭在陆地上升空时不是因为"给空气一个作用力然后空气给其个反作用力来飞行的" ,而是火箭给向后喷出的燃气给一个作用力,然后燃气给火箭一个反作用力来飞行的. 航天器在真空中也是是靠喷出的燃料废气的反作用力来飞行的

永嘉县13657304514: 航天器为什么能返回地面? -
宣砍丽泽: 航天器返回地面就是使航天器脱离原来的运行轨道,进入地球大气层并在地面安全着落.早在20世纪40年代末,美国和苏联就竞相利用V-2导弹改装成地球物理控测火箭,将科学探测仪器和试验生物等发射到100千米以上的高空,然后回收到地...

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