火箭的平均推力究竟多大
第22卷总第219期
2004年第5期(上半月)
物理教学探讨
JournalofPhysicsTeaching Vo1.22No.219
(S)05.2004.43
火箭的平均推力究竟多大
戎世忠
江苏省海安县胡集中学(江苏海安226671)
使我 "神舟"五号载人航天飞行的圆满成功,
国成为世界上第三个掌握载人航天飞行的国家. 这是我国科学家在现代科技方面取得的重大成 就,对推动世界科技的发展将产生巨大的影响.因 此,与神舟飞船相关的问题,将可能成为
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命题 的热点.
最近,笔者在两本杂志上看到了两道关于求 飞船着陆前火箭平均堆力的习题,对习题的解答 不敢苟同,现提出正确解答.
题1(《中学物理教学参考)2003年第1,2期 P102页)"神舟"二号返回舱质量约4t,落地之前 虽有降落伞,但速度仍达到15m/s,为实现返回舱 软着陆,有5个反推力火箭在返回舱离地15m高 处开始工作,着地时速度恰好减为零,则平均每支 小火箭的推力是多大?(g取10m/s2) ..
21c2
解由;一3=2as,得口==
:一7.5rn/s2,方向向上.
又F—rag=,所以F=rag+=m(g +口)=7.0×lo4N.
每支小火箭的推力=F/5=1.4×104N. 题2(《物理教学》20o3年第9期第P28页) 吊在降落伞下的载人航天飞船返回舱下落速度仍 达14m/s.为实现软着陆,在返回舱离地面约1. 5m时启动5个反推力小火箭,若返回舱重3t,则 每支小火箭的平均推力约为多大?
解答提示设软着陆的末速度为0,加速度 大小为口,由0一t72:一2as,解得口:65.3rn/s2.
由牛顿第二定律有5F—rag=,耽,得F=m(g+ 口)/5=4.5×104N.
这两道题都是已知运动求力的动力学习题, 虽然数据略有不同,但解题
方法
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都是先根据运动 求出加速度,再进行受力分析,利用牛顿第二定律 求出力.解题方法没有疑议,但在受力分析时都认 为飞船只受到重力和火箭的推力作用,那么,吊在 飞船上的降落伞对飞船有没有作用力呢? 为了回答这一问题,我们来分析"神舟"五号 飞船着陆前的一些数据:
在"神舟"五号返回陆地过程中,当飞船到达 距地面1O公里时,飞船速度达每秒186米左右,飞 船开始抛开降落伞盖,并迅速带出两具引导伞和 一
具减速伞,为了减小开伞对宇航员的冲击力,减 速伞设计为两级冲气——就是分两个阶段开伞.
第一步不完全张开,8秒后,待返回舱速度减小到 一
定程度再全部张开.减速伞的作用是把返回舱 的速度降到每秒9o米左右.16秒后,1200平方米的 主伞打开,使飞船的下降速度减到每秒1O米左右. 等到飞船降到距地面5公里时返回舱能够抵御 2500摄氏度的防热大底会自动抛掉,原来与返回 舱是单点吊挂的主伞将会自动调成双点吊挂,使 返回舱以安全,垂直状态落地.
等到飞船离地面1.2米左右时,返回舱的四个 反推火箭点火工作.主伞使返回舱以7米每秒左右 的速度着陆.反推火箭工作后,速度会降到2米每 秒以下,保证了航天员的安全着陆.
从以上数据可见,飞船从在5公里的高度抛掉 防热大底,调整降落伞和下降姿态后,到打开反推 火箭之前,降落伞一直在起作用,飞船的速度变化 很小(可近似认为飞船做匀速运动),所以在受力 分析时降落伞的升力不能忽略,而且,求火箭的平 均推力时应认为降落伞的升力和重力相抵消.故 题1中每支小火箭的推力F=F/5==J :
6×lo3N.题2的解答为3.9×104J
N.
最后笔者根据"神舟"五号着陆的数据,出了 一
道求火箭平均推力的题.
"神舟"五号返回舱质量约3t,落地之前在降 落伞的作用下可近似认为作匀速运动,速度为 7m/s,为保证宇航员的安全,飞船必须以小于
2m/s的速度着陆.当返回舱距地面1.2米时,四个 小反推火箭点火工作,为实现安全着陆,每支小火 箭的平均推力至少是多大?
(
答案
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:1.4×104N)
(栏目编辑罗琬华)
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