Question

为什么火箭有多级

Answer 1

运载火箭一般由2-4级火箭组成，单级火箭串联或并联起来，就组成了多级火箭。而火箭为什么不能做成一级呢？

火箭要实现宇宙航行，有一个必须条件，飞行速度理论上至少要达到7.91千米/秒，即第一宇宙速度。而在目前技术条件上，单级火箭最大速度只能达到6千米/秒，要把卫星送上几百或几万千米的高空，并具有冲破地球引力的速度，用单级火箭很难达到。

假如把巨大的运载火箭做成单级，那么全部推进剂只能贮存在这一级火箭的贮箱内。这样，贮箱不但要增大容积，还因为承受的推进剂增多而必须加厚箱壁，这将增加贮箱重量。而贮箱越重，所耗费的推进剂就越多，以致火箭最终无法达到第一宇宙速度。

1903年，俄国科学家齐奥尔科夫斯基提出了著名的“齐奥尔科夫斯基火箭理想速度公式”。根据公式，有两种方法可以提高火箭的末速度：一是采用高能量的推挤剂，即采用高比冲推力的推进剂；二是采用高强度的结构材料，尽量减轻火箭的结构质量。

但科学家们经过反复试验，最终发现，单级火箭无法达到发射卫星的要求。最后，齐奥尔科夫斯基提出了一种解决方案：建造多级火箭。

根据齐奥尔科夫斯基的多级火箭理论，多级火箭能够胜任这一任务。多级火箭接力飞行，先是第一级火箭点火“开跑”，达到一定速度后燃料耗尽自动脱落；接着第二级火箭接过“接力棒”，进一步加速，燃料用完后再次关机并自动脱离。然后，“接力棒”这样传递下去，第三级甚至第四级火箭再加速。

就这样，火箭速度逐级提高，而“身体”逐级减轻。运用这种多级火箭的“接力”技术，最终可以超越第一宇宙速度，实现宇宙航行。

但是，分级并不是越多越好，火箭级数越多，导致需要的连接和分离结构增加，从而增加火箭结构质量并降低可靠性。因此，目前的火箭大多是由2-4级火箭组成。