哎呀，这两天我国天问一号火星探测计划彻底的火了，但是看了下头条上好多观众对于航天这一块儿真的是很不懂咯，所以呢，今天就作为村里唯一上过211的大学生，就给大家科普一下喽！


发现盗一张图很容易，做一张图好难啊

其实关于航天的大致原理吧，我想大家看了很多科普的文章，应该也知道了一些。关于三四个宇宙速度，我想能看我这文的，应该已经懂了吧，今天就从能量的这一块儿来谈一谈！


其实简单的说吧，航天就是动能和势能的转化，人类的航天史，就是在克服万有引力，或者直白的说吧，地心引力的过程。人身处地球，地球无时不刻不拉着你，你一离开地面，引力就把你拉下来。所以想离开地面，你就有两个办法，一个是找个垫脚石把你垫高，另一个方法就是往前跳，这样你可以在空中待一会儿，所以这也就是离开地球的方法。但是受限于材料科技，第一种方法的道路暂时是行不通的，你可以把自己垫高，但是材料的自重也会给下面的材料带来压力，这是一种正反馈的过程，无力改变，所以即使是地球上的山也是有极限的。8848的珠峰是最高，但是你给石头最多好像也就1万多米吧，因为这是石头的堆积极限，所以第一条路行不通。


那么离开地球只能剩第二条路了，往前跳。离开地面的一瞬间，引力就尝试着把你拉下来。所以你离开地面的路径就形成了一个抛物线。这是为啥呢？因为你不够快，而且够弱，就是这样！能力太强大了，离开地面，你就会一个g的加速度往地面掉，你太弱了，向上的初速度太小，不到两三秒，向上的速度就没了，所以你不得不掉下去，回归地面！

这个原理很简单，牛顿时代就懂了，不过自己办不到，我们会借助于工具。我们会想办法跑得更快。一战之后，我们发现炮弹的速度很快，所以45°朝天的迫击炮可以飞的更远，打的更高，但是这个速度还不够。而且我们发现了另外一个东西，在大体上速度快的话会有空气阻力的呀，而且你越快的话这东西越麻烦，速度越大，阻力越大，而这一切都会让你的速度降低，让你跑不出去！

不过后来我们就懂了。借助于更完善的流体动力学，我们成功地穿越了音障，速度达到了千米每秒的速度，但是我们还是发现，这个速度想逃离地球还是不够！毕竟，地心引力真的是很强呀。

后来，火箭的出现改变了这一切。烧一段，扔一段再烧一段，系统越来越轻，能达到的极限速度也就越来越快，所以这一次我们成功的达到了万米每秒，终于可以上太空了。虽然过程很复杂，前辈也付出了很多努力，但是我们终归是做到了。

其实怎么说呢？这一块的原理吧，其实和之前的是大致一样的。你竭尽所能离开地面，引力拼命把你拉回来，阻力拼命让你减速。不过你够快的话，这两个就没办法。引力毕竟是有限的，他最大也就一个g，你把你往下拉，你往外跑的速度大于一个g，他就拉不动了，所以你还可以往外跑。阻力呢，到了地球大气层外面，居然是真空的，一瞬间就接近了零，真的挺好的。而且真到了航天这个尺度，还要考虑距离的影响，毕竟引力这个东西，和距离平方反比是相关的，也就是说，你离他越近他越大，但我们离他比较远的时候，他又拉不住我们了。至于那个环绕速度，那就是我们向外跑的速度趋势和他拉我的趋势相等，二者拔河，所以说我只能绕它转了，这也就是第一宇宙速度的来由。

不过呢，这是因为发现了地球外面是真空的，所以说我们航天吧，为了克服阻力的影响，还是要想方设法来到地球大气层之外的，其实这个距离把也不远，卡门线也就120km，也就是说，简简单单的两个城市的距离，你把它捋直了，竖起来，外面的阻力就可以忽略不计，就这么简单。为了达到这个条件，我们还需要一定的垂直速度，让我们达到这一高度。

就像天下没有免费的午餐一样，你要爬得高，你就得出力，消耗你的能量。爬的越高，你的速度就要降低，逐渐的转化为你的势能，一个简简单单的能量转换，物理是不会坑你的。但是这个付出的代价就比较大了，一个火箭往往要烧数百上千吨的燃料才可以做到这一点，因为这一切需要的能量实在是太大了。

嗯，讲到这一步啊，我们好像才离开地球，下一步呢，带你们走出地球。