Question

运载火箭为什么要垂直起飞？

Answer 1

首先是运载火箭的体型庞大，长度达十几米至几十米，直径达几米至十几米，如果倾斜发射就得有一条比箭体更长的滑行轨道。这种滑轨不仅相当笨重、稳定性差、行走困难，而且发射时所产生的振动，势必会影响火箭的轨道精度。并且放置滑轨就得有一个很开阔很平坦的发射场，同时由于火箭处于倾斜状态，点火启动时尾部会喷射出高温高速高压燃气流，因此还需要有一个相当长的安全区。

其次是火箭飞行的绝大部分时间是在大气层以外的空间。垂直发射有利于火箭迅速穿过大气层，减少因空气阻力而造成的飞行速度损失。当然，这种垂直飞行的时间也不宜过长，否则在重力作用下，火箭的飞行速度损失也会很大。所以运载火箭的垂直飞行段一般在4～15秒范围之内，在垂直飞行一段时间后就要改变垂直飞行方向，进行程序转弯。

第三是采用垂直发射可以简化发射设备，在发射台上工作可以设计得很紧凑，并且能够很方便地使竖立在发射台上的火箭在360°范围内移动，从而满足调整射向的需要，并保证火箭系统的稳定性和射向精度。

第四是大型运载火箭一般都是使用液体推进剂，因此垂直状态发射便于推进剂的精确加注或泄出。

第五是现在大部分的运载火箭都采用惯性控制系统。它要求火箭在发射前精确确定它的初始基准和调零，这样才能保证有效载荷准确地进入地球轨道。而垂直发射对实现这一要求，要比倾斜发射方便得多。

第六是运载火箭的推重比（火箭发动机的地面额定推力与火箭的起飞重量之比）一般都比较小。如最早的V-2火箭的推力为26000千克，起飞重量为13000千克，推力比为2。现在运载火箭的推重比一般为1.2～1.6（固体火箭的推重比可达2.0以上）。火箭垂直放置发射台上，发射时只要推力稍微超过起飞重量，火箭就可以腾空而起。随着推进剂的不断消耗，火箭的重量逐渐减小，飞行速度愈来愈快。由此可见，垂直发射对于火箭的加速和能量的利用，都是十分有利的。

从1944年德国发射V-2火箭开始，至今世界各国发射运载火箭大多均采用垂直发射。如起飞重量达2930000千克的“土星5号”运载火箭，就是采用垂直发射的。又如往返于地面与太空的航天飞机，也是采用垂直发射方式升空的。