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前段时间大家都被spaceX猎鹰号重型运载火箭刷屏了，号称人类目前最强的火箭不仅拥有史无前例的强大推进力，还能够实现火箭的回收利用，三枚一级火箭中两枚顺利从上而下降落，最后笔直地停靠在陆地上，相信不少读者对于火箭发射的问题都比较熟悉了，但又有多少人知道，为什么每次火箭发射或者升空阶段不会左右倾斜呢？ 矢量发动机 在我们看来很神奇，笔直的火箭能保持垂直发射不倾斜，主要秘密就在于它的发动机——矢量发动机。 如果火箭采用传统的发动机，发动机只提供推进力，那么当火箭升空后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，火箭立马就会倒向一边，就像把充满气的气球送手后一样，到处乱窜，分分钟就翻车。而矢量发动机的喷口可以向不同的方位旋转，并且几个喷口可以在不同位置上产生不同的推进力，使得推力的方向竖直地锁定在火箭的质心上（质心就是物理学中假象的一个点，质量可以全部都集中在这个点上），火箭有倾斜趋势的时候，计算机就会不断调整矢量发动机的喷口，让火箭保持垂直发射。 陀螺仪 大家小时候都玩过陀螺，陀螺可以在高速旋转的情况下与水平的地面保持垂直，并且流畅运动，科学家利用陀螺这种对称物体自旋稳定的特性，解决了火箭升空时姿态控制的难题。在火箭控制仓内安装一个电动陀螺仪，当火箭飞偏时陀螺仪自转轴的方向始终保持不变，而陀螺仪底部的基位产生一定的转角，通过传感器将这个变化的转角转变成大小不同的电势差，从而通过计算机和电路控制矢量发动机来保持火箭的稳定飞行，通过陀螺仪来调控火箭的姿态。 虽然现在航空航天技术已经非常发达，但是在控制火箭飞行稳定方面依然是相对薄弱的一环，中国长征系列的火箭都会安装备份的飞行调控系统，并且可以人工干预飞行姿态，以此来保证火箭飞行的安全。 在控制火箭飞行姿态方面，除了陀螺仪主要还是姿态控制系统。火箭在飞行过程中，燃料消耗会不断降低自身质量，矢量发动机在不断调整的过程中会使火箭在水平方向有轻微的漂移现象，为了提高精度，姿态控制系统中还包含了GPS、恒星敏感器和加速度计，来修正和锁定火箭飞行轨迹。不仅如此，矢量发动机和姿态控制系统目前最主要还是应用在军事领域，控制导弹的精准打击和战斗机高速飞行的稳定性。 |
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