為什麼飛機只能在地球上空飛行,卻無法和火箭一樣發射到外太空?

2020-12-04 九品博物官

飛機的存在方便了人們的日常生活,飛機的飛行過程與火箭探測器相比之下,究竟有何不同之處?為什麼飛機只能在地球上空飛行,卻無法和火箭一樣被發射到外太空?看到太空人們走出地球進入外太空,想必不少人都在思考這樣一個問題,飛機為何不能進行同樣的事?為什麼火箭可以飛出太空,飛機卻不能飛入太空?什麼時候,我們也能擁有太空航班跟太空旅遊?飛機作為地球上的交通工具,似乎與火箭、飛船等太空交通工具,完全區分開來,這並非意味著飛機不及火箭,只是二者的功用性不同罷了。

首先要說的是,飛機也分為不同的機型,有民用飛機,也有軍用飛機,民用飛機大多用來載客,軍用飛機主要用於空中作戰,民航飛機的飛行高度普遍在35000英尺以上,最高不會超過42000英尺,我們不難看出,這樣的高度是無法離開地球的,那麼,飛機為何要飛行在這一高度運行?這是專家們經過縝密的分析計算所得,由於地球上的大氣層密度會隨著高度的攀升越來越低,飛機身為交通工具,首要考慮的就是引擎的能源,畢竟空氣密度越大,阻力也就越大,消耗的能源也會更高,35000英尺高度的大氣層密度,相比地面而言,已經減弱了很多,這裡也是最適合飛機飛行的空間,既不會遇上鳥,也不會遇上部分私人飛機,因此可以給予飛機更廣闊的施展空間,倘若飛機在飛行的過程中遇到阻礙,有可能需要進行強制性迫降,飛機爬升至一定的高度,機長也能擁有更多的時間同地面取得聯繫,同時想好及時的應對措施。

再者,由於人類離不開氧氣,同樣,飛機想要飛出大氣層,這說明它需要空氣產生的升力才可升空,而動力發動機也需要氧氣,事實上,飛機無論如何向上攀升,它都無法飛出地球到達太空,這並非是因飛機飛得太慢,而是因為在設計飛機的時候,人們沒有考慮過它需要飛出地球,可以說,是飛機的設計原理令它不具備飛出地球這一功能,飛機之所以能飛行,主要是通過機翼的壓強差來實現,它可以讓機翼上下表面的空氣流速有所不同,當飛機的速度,也就是機翼上下的空氣流速達到一定量後,機翼就會擁有一個上升的力,當這種力大於飛機的重力後,飛機就能飛起來,也就是說飛機飛行,需要通過空氣流速。

換而言之,它需要藉助大氣的力量,獲得壓強差的加成後才能飛起來,倘若沒有大氣,飛機與速度較快的汽車就不會存在顯著的區別,要知道大氣層的阻力不算小,速度越快,阻力也會越大,所以,飛機無法飛離地球脫離大氣層,綜合來看,正是飛機的性能,導致以下3個因素成為了它的「瓶頸」,其一是它需要空氣參與才可發揮作用,否則它就無法在天空中飛行,一旦飛機飛至距珠穆朗瑪峰頂峰8.8公裡的高度後,屆時,空氣中的氧氣含量僅為33%,在頂峰12公裡左右的空間中。

假如沒有人工供氧,在5-10秒之間,人類就會窒息而亡,除氧氣外,飛機還存在飛行速度這一因素,你知道嗎?如果要逃離地球表面,這代表著它需要達到每小時40.270公裡的速度才可,然而,飛機發動機能夠達到的時速只有3.5馬赫,反之,擁有著33馬赫的火箭才可以被發射,除此之外,還有1940噸重力的限制,最後是火箭的前行線路並非正常的飛行線路,其實這也是限制飛機升空的因素之一,顯然,相較於1萬英尺的高度而言,飛機自然是更適合飛行在35000英尺的空間內。

從理論上來看,太空是高真空微重力環境,人們有所耳聞的戰鬥機,它的發動機是依靠吸取空氣作為動力,而後通過吸收大氣圈內空氣中的氧氣,將氧氣壓縮與航空發動機自帶的燃料混合送入燃燒室進行燃燒,再用這一過程中產生的動力來推動航空器完成飛行,但是,在超高空空域中,空氣會變得非常稀薄,此時,空氣中的氧氣含量也很低,致使戰鬥機的發動機無法繼續維持運轉,更何況太空中,沒有任何氧氣的環境,相比之下,戰鬥機的航空發動機與火箭的發動機不同,火箭發動機能夠攜帶燃料和氧氣,所以,火箭可以在太空中靠發動機產生的動力進行飛行。

正因如此,戰鬥機無法與火箭來相提並論,或者說,飛機和火箭之所以不同,主要是因為火箭是一種燃氣推進裝置,和飛機的飛行依據原理不同的是,火箭通過作用力的反作用力向上攀升,只要燃料準備的足夠充足,火箭就會藉助這股力量,達到第一宇宙的速度,從而被送入地球上空。

因此,火箭無需如同飛機般,考慮大氣層密度的高低,從而使得火箭平時會被運行於飛船載人、探測器等發射的工程中,顯然,火箭的原理和飛機存在明顯的差異,畢竟火箭的飛行不需要產生壓強差,它是依靠噴射出來的高速氣體產生的反作用力進行飛行的,如此看來,火箭要達到一定的高度和一定的飛行速度,就需要攜帶大量的燃料,目前人們使用的多級火箭無一例外的都是燃燒完一級後丟掉一級,這樣一來,火箭既可以攜帶更多的燃料,又可以在飛行過程中不斷減重,對此,大家是如何看待的?歡迎在評論區下方留言,感謝觀看本期視頻,我們下期再見。

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