为啥汽车不装火箭发动机？

2014-12-01 09:50 点击:次

火箭发动机那么厉害，能把人送上月球，还能把探测器送到太阳系外，为什么，汽车和轮船就不尝试使用火箭发动机呢？

不只是安全问题

可能有人会认为，汽车之所以不装火箭发动机，一个很大的原因是安全问题。确实，要是小车都装上火箭发动机，在你点火的时候，如果后面突然串出一女子，结果你一下子就把人家的衣服烧光了，你该如何是好？

还有，走街串巷，尤其是人群密集的大街上，你这一喷火，想必是遭殃无数。所以，小车不装火箭发动机，安全确实是一个很大的原因。

然而，安全又不是最主要的原因，比如各种轮船，如果装上火箭发动机，在茫茫大海上，若真要出什么安全事故，估计也就是烤熟几只海鸥。

那么，这么多年过去了，是什么原因最终导致各种车、轮船等，从不使用火箭发动机呢？奥伯特效应应该是最大的原因。

奥伯特效应

奥伯特效应是20世纪一个叫做赫尔曼·奥伯特的科学家首先提出来的。奥伯特是德国人，他被人们视为第一代太空探索领域的先驱者之一。

1901年，赫尔曼·奥伯特年少时，那时的他痴迷儒勒·凡尔纳的科幻小说，尤其是《从地球到月球》和《环游月球》

这个效应讲的是，对于速度随时间变化的飞行器来说，如果要想尽最大可能增加飞行器的动能，就需要在飞行器速度最快的时候点燃火箭。

这讲的到底是啥意思呀？

意思就是，如果火箭因为受到引力的缘故，速度随时在改变，那么，当火箭的速度达到最大值时，点燃发动机，此时，燃料对火箭动能的改变最大化，这也意味着，燃料的利用率也达到了最大化。

可这是为什么呢？既然火箭发动机的推力都是一样的，那什么时候点燃，不都是推动火箭前进吗？为什么偏偏要在速度最大时再点燃是最好的？

咱们可以这样思考，如果我们把一个小火箭死死地绑在一辆静止的火车上，点燃火箭，你会看到什么？

你只会看到小火箭无力地把燃料用完，火车却纹丝不动，现在我们问，火箭的推力发挥作用了没？

答案当然是没有，因为，火箭要想对火车做功，火车必须有一个位移S。如果我们知道小火箭的推力为F，那么我们马上就能算出，小火箭对火车做的功W=F·S。

现在，我们把火车换成一个在外太空以1米每秒速度飞行的微小卫星，把小火箭绑在这枚小卫星上，如果点燃小火箭，小火箭带来的推力还是F，现在，咱们就点燃火箭，我们问，在1秒的时间内，小火箭对卫星做了多少功？

还是老方法，用推力F乘上小卫星在1秒内移动的距离S。

好了，还是上面的小卫星，只是它的初始速度是10米每秒，当我们点燃绑在它上面的小火箭，那么在一秒的时间内，小火箭对小卫星做的功将远远大于前者。这个很好理解，因为功W=F?S，而当小卫星的初始速度是10米每秒时，推力F不变，速度越大时，在1秒内移动的位移就越大，做的功也就越多。

所以，咱们得出的结论是，同样的火箭发动机，用它去推动飞行器，那么，飞行器的初始速度越大时，火箭发动机的效率就越大。这就是奥伯特效应。

为了让更多的人懂得这个原理，咱们不妨再深入一些。

用1N的力持续地推动一个重1千克的篮球，每秒钟篮球增加的速度为1m/s，当篮球本来的初速度是2m/s时，那么1秒钟后，篮球的速度应该是3m/s，此时，篮球增加的动能为（3*3-2*2）/2=2.5焦耳。

但是，当篮球初始速度是10m/s时，1秒钟后，它的速度将达到11m/s，增加的动能为（11*11-10*10）/2=10.5焦耳。

瞧，同样是1N的推力，作用在低速的篮球上时，1秒钟内推力给篮球增加的动能是2.5焦耳，但是，但是作用在稍高一点速度时，增加的动能却是10.5焦耳，前后相差4倍多。

低速物体使用火箭发动机不明智

经过上面的简单验算，相信我们已经清楚了，那就是低速物体使用火箭发动机是十分低效的，低速？低速到什么程度？咱们可以往极端想，当低速到速度等于0时，火箭的效率就是0.

不管飞行器的速度是多少，火箭发动机产生的推力是始终不变的，在这种情况下，即使飞行器纹丝不动，但是火箭还是在产生推力，只不过效果是0。火箭发动机要想产生效果，必须由飞行器实际移动的距离来体现，既然要有距离来体现，那么在这种情况下，移动的距离越大，火箭发动机的效率也就越大，可怎样才能在一定的时间内移动最大的距离呢，答案是，当飞行器处在速度最大时。

这就是为什么，小车和轮船为什么不使用火箭发动机的原因，因为小车和轮船的速度很低，使用火箭发动机不是说不可以，而是，燃油的效率将十分低下。

别说是小车和轮船，就是飞机，使用火箭发动机也是一种比较低效的行为。

然而，飞机有不同，具体又有一些区别。

比如客机，速度目前都在音速以下，所以，客机使用的是涡扇发动机。

但是到了高空，当速度达到超音速时，用低涵道比的涡扇发动机就比较有效率。