热气球原理（热气球升空的简单原理）

从人类发明火器的那一刻起，就不断对太空进行探索。

时至今日，我们已经发明了火箭，来帮助人类进入太空，就连远在38万公里之外的月球，也变得“触手可得”。目前几个航空大国都掌握了成熟的火箭运载技术，这玩意儿说复杂还挺复杂的，毕竟是烧钱的技术活儿。但是说简单点，也就那回事儿——就是利用发动机的强大反推力，把火箭送上太空之中！

火箭发射

或许大家就有问题了，火箭发动机咱多多少少了解一些，那为啥火箭可以垂直发射，而不会歪掉呢？所以今天咱们就说说，火箭的稳定控制装置！它其实和我们小时候的一个玩具有关，有答案的小伙伴可以先打在评论区，看你猜得对不对。

提起火箭就得先说它的发展史了，早在17世纪，牛顿就提出了，离开地球的理论方法：地球是一个具有强大引力的球体，只要某物体达到宇宙第一速度，就能克服地球引力，绕地飞行。宇宙第一速度为每秒7.9千米，当物体的速度超过，宇宙第一速度的时候，它就可以挣脱地球引力飞向太空！

不过当时技术手段有限。别说达到第一宇宙速度，就是超音速也没有达到，所以人类连飞翔都没有实现。直到1783年，蒙哥菲尔兄弟，发明了载人热气球。

载人热气球

这是人类第一次长时间脱离地面，而热气球上升的极限高度，在1862年达到了9144米，不过这高度离遨游太空还差得太远，而且从热气球的原理来讲，它没有办法脱离大气层，就算后来飞行速度更快的飞机，离开大气层也是寸步难行，因为飞机和热气球，都需要空气来产生升力。

1920年，美国教授罗伯特·哥达德，发表了论文著作，宣称多级火箭可以上升到200英里的高度，更大的火箭甚至可以到达月球，不过他却受到了媒体的嘲讽。直到1926年世界第一枚火箭试飞成功。虽然这液态火箭只飞了2.5秒，飞行高度只有41英尺，但是成功打开了液体火箭技术的大门，开辟人类航天史的新纪元，是人类探索太空的重要一步。

1957年10月4日，苏联人第一次把人造卫星送上了太空，运载火箭是由洲际导弹改造的，不得不说当时苏联的实力真心强大，也证实火箭之父哥达德的正确。

苏联第一颗人造卫星

从上个世纪60年代开始，美苏开始了冷战阶段，对抗方式从武器装备竞赛，发展到争夺太空霸主地位，火箭技术在这一时期快速发展。先是苏联人尤里·加加里，首次进入太空，打败美国，随后在60年代末，随着美国阿波罗11号完成，人类第一次登月成功，太空竞赛达到了顶峰。至此，人类的火箭技术，可以说是相当成熟了。

而其中的关键技术就是火箭发动机，它是利用冲量原理，自带推进剂，不依赖外界空气的喷气发动机。而发动机的相关技术，和发展历史都比较复杂曲折，有机会再给大家详细讲解。回到最初的那个问题，为啥火箭可以垂直发射，而不会歪掉呢。这个就比较简单了，但是也要分两个部分来回答，首先是必须要垂直发射，如果倾斜发射就需要一个滑行轨道，就跟飞机起飞差不多。

长征五号b运载火箭

由于火箭体型十分庞大，那么就会占用发射场地，而且火箭滑动时还会影响，火箭发射时的入轨精度，垂直发射就没这么多事，只要发动机给力就行。那么火箭在起飞后，是如何保持平衡而不歪倒呢？

其实火箭的平衡控制原理，就跟我们小时候玩的陀螺有关。火箭的姿态控制器就有陀螺仪。发动机为火箭升空提供推进力，在大气层高速运动时，遇到任何水平方向的气流和阻力时，都会产生极其微小的倾角，在高速推进过程中会产生角速度，此时火箭会倒向一边。

这个状态大家在生活中见过，拿一个吹足气的气球，然后突然松手，气球在空间里乱窜的状态，就像方向失控的火箭。为了解决这一问题，科研人员给火箭设计了多个可以旋转的发动机喷口，它们可以在不同的方向提供推力，使得推力方向锁定在火箭的质心上。当火箭受到外力倾斜时，姿态控制器就会调整发动机喷口，让火箭保证垂直发射。

俄罗斯液体火箭发动机

姿态控制器如何得知火箭的运行状态呢，秘密就在于这个陀螺仪。大家小时候都玩过陀螺，它在高速旋转的时候，可以和地面保持垂直，并且流畅运动，科学家利用这一特性，解决了火箭升空姿态控制的难题。先在火箭控制舱内安装一个电动陀螺仪，当火箭倾倒时陀螺仪自转轴的，方向始终保持不变，而陀螺仪底部的基座则会产生一定的转角，通过传感器将这个变化的转角，转变成大小不同的电势差，再通过计算机控制发动机，来保持火箭的稳定飞行。

虽然我国的航天事业起步较晚，但是通过几代人的不断努力，中国的航天技术已经和国外一样先进，而且为了提高火箭的运行精度，我国的火箭姿态控制器里面，还安装了北斗导航仪、星敏感器和加速度计，以此修正和锁定火箭的飞行轨迹。

对于当今的世界发展格局来讲，宇宙的探索是人类新的未来，更关乎国家的利益和国防事业，所以航空航天技术至关重要，让我们为科学家们点赞加油！