如果把火箭按比例缩小到100倍,能发射到太空吗?

要求将一个工业品做成工艺品,功能还不能少,难度就提高到了无法完成的地步。

以我国某型号火箭结构为例,分为逃逸塔、整流罩、高空分离发动机、高空逃逸发动机、氧化剂箱、燃烧剂箱、助推器等十几个大部件。

这里面有些是可以缩小的,有些则不可以缩小,比如整流罩,整流罩可以保护火箭不受气动力和气动热的影响,整流罩的材料一般为陶瓷隔热层,整流罩不会因为是小火箭而成比例的减少,因为整流罩与通过大气层的厚度和飞行速度相关。

图释:白色的为整流罩

此外,体积的缩小必然会增加各种测量电路、控制电路的复杂程度,就连供应燃料的电磁阀都需要成比例的减小,这为制造难度增加了好几个量级。

从力学角度考虑,如果尺度d减小为原来的1/100,燃料提供的动力增量将成比例地减小为d^3,即减小为1/1000000,而阻力只成比例地减小d^2,即减小为1/10000,阻力减小得更少,因此火箭的飞行距离必然会缩短。

还有一个雷诺数的概念,在流体力学中,这是一个无量纲数。用Re表示,Re=ρvd/μ,其中ρ为流体的密度,v是流体的流速,d是特征长度,对于飞机可以理解成飞机的尺度,μ是流体的粘滞系数,雷诺数需要10^6才能保证飞机稳定起飞,如果飞机的尺度减小为原来的1/100,要想达到同样的雷诺数就需要把飞机的起飞速度提高好多倍,这也就是日常生活中经常见到玩具直升飞机,但是很少见到玩具喷气式飞机的原因,因为喷气式玩具飞机起飞更难,制造成本更高。

图释:风洞

制造一个火箭模型成本高昂,在制造前制造一个小的模型确实很有必要,但是等比例缩小肯定是不行的,需要通过计算设计出相同雷诺数的小模型,然后在风洞中进行试验,风洞就是一个可以模拟风的场所,在风洞中模拟各种风后测量模型的稳定性,根据试验结果才能决定是否进行样品生产,不仅是火箭、飞机,就是汽车生产前也要进行风洞实验。

图释:汽车在风洞试验,采用了带有颜色的标记气体

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就好比我们煮肉,一块5斤的肉在锅里煮熟,需要一口口径三十厘米的锅,如果你煮一块半两的肉,是五斤的百分之一你能用一口径三厘米的锅吗?绝对不可能,因为有些东西是不能缩小的。

同样道理,如果把火箭按比例缩小刘原来的百分之一,那就成了过年人们放的“钻天猴”,是进不了太空的。

不用说100倍了,美国土星五号重3038吨,日本ss520固体运载火箭(可以入轨的喔)重2.9吨,相差1000多倍。现役几十吨的小火箭也不少,像我国经常打的快舟也就30吨,相差100倍。

我们知道为什么要发射火箭,发射火箭的初衷是为了把载荷送进太空中,火箭发射的时候载荷和火箭自身重量是有一定比例的,如果火箭可以缩小那么为什么探测月球、火星还要研制大型运载火箭!

一、火箭按比例缩小带来的是运载能力的下降,别说缩小100倍,即使缩小几倍带来的就是运载能力的大幅度缩水,无异于技术的退步。举个简单的例子发射神州飞船的长征-2F运载火箭近地运载能力仅为九吨,但火箭起飞重量就达到了643吨,如果缩小一倍整个火箭体积就会大幅度缩小,随之就是携带燃料减少,运载能力同样会下降。

二、在火箭自身结构不会随火箭体积变化而大范围增重时,通过增大体积而携带更多的燃料,能够实现火箭更大的运载能力,从长征二号到长征五号火箭体积增大了许多,然而火箭自身结构并没有随火箭体积成倍增加而大幅度增加,使了火箭能够携带更多的燃料,实现更大运载能力。

三、火箭同比例缩小后,即使不携带载荷,减少的结构重量与减少的燃料携带是无法成比例的。这也就是为什么像中国的快舟火箭只能实现低轨道运载能力的原因。

那它发射的距离也要缩小100倍!!

不是所有东西都可以按比例扩大和缩小的,如果长度按比例缩小,那面积、体积、容积、重量、密度、强度、磁力、电阻、亮度、温度、保温、散热等多项指标都能按比例缩小吗?显然是不能的。一个尺寸下,所有的的部件以及参数自成一个系统,换一个尺寸必须重新设计,根本不能按比例缩小。

一个容器

自身的壳体重量和尺寸的平方成正比,

容纳的燃料体积和尺寸的立方成正比。

尺寸小了,燃料/重量比不够,推不上去。

我的理解不能,这和飞机不一样,飞机飞行是靠的空气浮力,所以飞机大小都能飞,而飞往太空不一样,没有力可借,只能硬生生的克服地球引力,而克服这个力需要的力也是巨大的,越大的火箭携带的燃料越多

流体力学里相似根本不是同时缩小的意思,举个简单例子,你小时候身高0.7米,大1.8米,差差不多2.5倍,你眼睛能比你小时候大2.5倍么?很多相似不是线性的!!这个比喻就不成立!!

肯定不能。因为,按比例宿小一百倍,其放置燃料的容器也得缩小一百倍,那燃料就只有原来正常火箭燃料的百分之一,这么少的燃料根本不能把火箭送上太空的。

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