火箭怎么保持平衡?

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在现代航天运载工具中,火箭是最为常用的应用形态,火箭的最下方是火箭发动机,以及燃料、推进剂和氧化剂。在发动机点火之后产生高速气流从尾部喷出,从而产生巨大的反作用力让火箭加速。在加速上升的过程中,为了保持火箭稳定顺利的进入预定轨道,必须进行姿态控制。

那么,在脱离了地球空气的环境中,航空式舵面是不可用的,航天火箭是通过什么原理去保持飞行过程中的姿态控制,保持自身的平衡的呢?

其实,除了在着陆返回的过程中,火箭的各部分都参与了姿态控制的任务。比如,火箭最下方的主发动机是整个助推过程中的主要动力来源。除了负责推动火箭加速之外,在主发动机下方还有很多的辅助小型发动机,它们负责产生较小的侧向推力,用于方向修正和姿态控制,这些发动机都属于火箭的推力控制系统。

在航天火箭的中段部分,除了包裹着燃料和氧化剂之外,还有一些姿态控制液体火箭发动机,这些姿态控制动力系统一般在航天器入轨前、变轨、调姿和返回等阶段,用来调整航天器的运行速度和姿态,这些发动机喷口一般都是多向布置,用于三维方向的控制调整。

在火箭顶部,一般会存在一个姿态控制气体发动机系统,这个一般用以在低能级阶段对飞行过程中的航天器进行调速和调姿。当运载火箭把载荷进入预定轨道后,就会分离和独立运动(比如一箭多星发射),之后,航天器的调姿变轨就会依靠姿态控制气体发动机系统。这个系统主要由高压储气瓶和喷管组成。储气瓶的压缩气体(氮气或者氦气)在进入喷管前会被加热(保证气体不会冻堵喷管),然后从喷管高速喷出,从而产生高速气流从而产生反冲实现航天器的轨道调整和姿态控制。

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