超级军网四十吨级的火箭怎么从月球表面把宇航员和任务仓送回地球 ...
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 06:44:37
请教大佬们一个问题，美国登月任务重使用的土星5在地球上的起飞重量几千吨，把四十吨级的载荷运到月球表面，宇航员怎么回来呢，就算是月球的引力似乎地球的六分之一，几十吨的火箭就能把宇航员送回地球吗，从感觉上讲不太可能啊。求科普。
请教大佬们一个问题，美国登月任务重使用的土星5在地球上的起飞重量几千吨，把四十吨级的载荷运到月球表面，宇航员怎么回来呢，就算是月球的引力似乎地球的六分之一，几十吨的火箭就能把宇航员送回地球吗，从感觉上讲不太可能啊。求科普。
呵呵～感觉是很不靠谱的～
阿波罗11发射全重2930多吨
其中：
土星5火箭第一级2280吨（包括煤油液氧燃料2130吨）
土星5火箭第二级481吨（包括氢氧燃料444吨）
土星5火箭第三级120吨（包括氢氧燃料105吨）
指令舱6吨（肼燃料:少量；仅用于姿态控制）
服务舱24。5吨（包括肼燃料18吨）
登月舱16吨,其中下降段11吨(包括肼燃料8.2吨），上升段5吨(包括肼燃料2.4吨）
飞行计划为：
1.火箭第一级将其余部分提升到61公里高，速度2.4km/s后抛弃，第二级点火
2.火箭第二级将其余部分提升到176公里高，速度7km/s后抛弃，第三级点火
3.火箭第三级使用1/4燃料将剩余箭体+飞船提升到191公里近地轨道，速度7.9km/s
4.几小时后进入月球发射窗口，第三级再次点火，使用剩余燃料加速至11.2km/s，进入地月转移轨道后抛弃第三级
5.三天后指令舱+服务舱+登月舱联合体接近月球，接近速度2.4km/s， 服务舱消耗10吨燃料减速至1.7km/s完成月球轨道停泊
6.宇航员进入登月舱，登月舱分离
7.登月舱下降段消耗全部燃料减速1.7km/s将下降段外壳+上升段降落在月面
8.宇航员出舱登月
9.上升段消耗全部燃料将舱体加速到1.7km/s进入月轨与留在轨道上的指令舱+服务舱会和，下降段外壳作为发射架留在月面
10. 宇航员回到指令舱，丢弃登月舱上升段
11. 服务舱消耗剩余燃料将指令舱+服务舱加速至2.4km/s脱离月球引力
12. 三天后指令舱+服务舱接近地球，接近速度11km/s，丢弃服务舱，指令舱重返大气
13. 海上溅落回收，完
阿波罗11发射全重2930多吨
其中：
土星5火箭第一级2280吨（包括煤油液氧燃料2130吨）
土星5火箭第二级481吨（包括氢氧燃料444吨）
土星5火箭第三级120吨（包括氢氧燃料105吨）
指令舱6吨（肼燃料:少量；仅用于姿态控制）
服务舱24。5吨（包括肼燃料18吨）
登月舱16吨,其中下降段11吨(包括肼燃料8.2吨），上升段5吨(包括肼燃料2.4吨）
飞行计划为：
1.火箭第一级将其余部分提升到61公里高，速度2.4km/s后抛弃，第二级点火
2.火箭第二级将其余部分提升到176公里高，速度7km/s后抛弃，第三级点火
3.火箭第三级使用1/4燃料将剩余箭体+飞船提升到191公里近地轨道，速度7.9km/s
4.几小时后进入月球发射窗口，第三级再次点火，使用剩余燃料加速至11.2km/s，进入地月转移轨道后抛弃第三级
5.三天后指令舱+服务舱+登月舱联合体接近月球，接近速度2.4km/s， 服务舱消耗10吨燃料减速至1.7km/s完成月球轨道停泊
6.宇航员进入登月舱，登月舱分离
7.登月舱下降段消耗全部燃料减速1.7km/s将下降段外壳+上升段降落在月面
8.宇航员出舱登月
9.上升段消耗全部燃料将舱体加速到1.7km/s进入月轨与留在轨道上的指令舱+服务舱会和，下降段外壳作为发射架留在月面
10. 宇航员回到指令舱，丢弃登月舱上升段
11. 服务舱消耗剩余燃料将指令舱+服务舱加速至2.4km/s脱离月球引力
12. 三天后指令舱+服务舱接近地球，接近速度11km/s，丢弃服务舱，指令舱重返大气
13. 海上溅落回收，完
你先查一查月面的逃逸速度
感觉党……
楼主的感觉要那么靠谱，还要科学家计算什么？{:soso_e108:}
PS：Lunar Module总重15～16吨， Command Module重量约5.5吨， Service Module则是24吨。土星V的运力是月球转移轨道四十多吨，最后减速插入环月轨道，降落和飞回地球是飞船自身的动力。
感觉党……
楼主的感觉要那么靠谱，还要科学家计算什么？{:soso_e108:}
PS：Lunar Module总重15～16吨， Command Module重量约5.5吨， Service Module则是24吨。土星V的运力是月球转移轨道四十多吨，最后减速插入环月轨道，降落和飞回地球是飞船自身的动力。
不是直接回程，在月球轨道还进行了一次对接
不是直接回程，在月球轨道还进行了一次对接
呵呵～感觉是很不靠谱的～ 阿波罗11发射全重2930多吨
美帝真心牛逼
美帝真心牛逼
何时美帝的地位被取代？
好好的学一下物理就那么难么？
月球的环绕速度大致是1.6公里每秒，是地球的五分之一，就算不计火箭本身的质量，所需动能也只要地球上的二十五分之一吧，总之月球上射火箭效率比地球上高多了，载荷跟总重的比值是地球上的几十倍，四十吨的火箭，也能把好几吨的载荷送入月球轨道了。
Spica 发表于 2013-7-22 23:45
好好的学一下物理就那么难么？
你物理学的好，给个严格的推理过程啊。
好好的学一下物理就那么难么？
你物理学的好，给个严格的推理过程啊。
不是直接回去的，轨道上有飞船对接
cxlhs9 发表于 2013-7-22 20:34
不是直接回程，在月球表面还进行了一次对接
不是表面，表面是分离，对接是在月球轨道上。
不是直接回程，在月球表面还进行了一次对接
不是表面，表面是分离，对接是在月球轨道上。
老狼正宗 发表于 2013-7-23 07:16
不是表面，表面是分离，对接是在月球轨道上。
手一抖打错了，意思就是轨道
不是表面，表面是分离，对接是在月球轨道上。
手一抖打错了，意思就是轨道
dk99 发表于 2013-7-23 02:03
你物理学的好，给个严格的推理过程啊。
要估算登月舱的性能，其实根据现有数据，只需要学好高中物理，并且能进行简单的微积分算术就行了，你大可以自己验算一下登月舱上升级的Delta V是不是科学。月球表面重力，登月舱重量，燃料重量，发动机推力和比冲都有了，算起来很容易。
dk99 发表于 2013-7-23 02:03
你物理学的好，给个严格的推理过程啊。
要估算登月舱的性能，其实根据现有数据，只需要学好高中物理，并且能进行简单的微积分算术就行了，你大可以自己验算一下登月舱上升级的Delta V是不是科学。月球表面重力，登月舱重量，燃料重量，发动机推力和比冲都有了，算起来很容易。
科普贴，学习
ericcui1 发表于 2013-7-23 08:32
要估算登月舱的性能，其实根据现有数据，只需要学好高中物理，并且能进行简单的微积分算术就行了，你大 ...
有没有汉语版的，你要考虑到我们这些文科生出身的人啊，况且毕业四五年了，早就忘得干净了。
要估算登月舱的性能，其实根据现有数据，只需要学好高中物理，并且能进行简单的微积分算术就行了，你大 ...
有没有汉语版的，你要考虑到我们这些文科生出身的人啊，况且毕业四五年了，早就忘得干净了。
ericcui1 发表于 2013-7-23 08:32
要估算登月舱的性能，其实根据现有数据，只需要学好高中物理，并且能进行简单的微积分算术就行了，你大 ...
既然你说很容易，就麻烦你点时间给个推导过程，给我科普一下啊。我怎么看不出来简单在哪啊。
要估算登月舱的性能，其实根据现有数据，只需要学好高中物理，并且能进行简单的微积分算术就行了，你大 ...
既然你说很容易，就麻烦你点时间给个推导过程，给我科普一下啊。我怎么看不出来简单在哪啊。
dk99 发表于 2013-7-23 09:07
既然你说很容易，就麻烦你点时间给个推导过程，给我科普一下啊。我怎么看不出来简单在哪啊。
齐奥尔科夫斯基火箭方程听说过没？
既然你说很容易，就麻烦你点时间给个推导过程，给我科普一下啊。我怎么看不出来简单在哪啊。
齐奥尔科夫斯基火箭方程听说过没？
ericcui1 发表于 2013-7-23 09:27
齐奥尔科夫斯基火箭方程听说过没？
我看不出来这个方程和你的结论有什么直接关系，能解释一下过程，好吗？光给个式子，这也太不认真了吧。至少也说说，这里面的字母都代表什么，对应于你给出的那些量。
齐奥尔科夫斯基火箭方程听说过没？
我看不出来这个方程和你的结论有什么直接关系，能解释一下过程，好吗？光给个式子，这也太不认真了吧。至少也说说，这里面的字母都代表什么，对应于你给出的那些量。
楼主有一个误解，阿波罗全重45吨多，并不是全都落到月面上，只有14吨多的登月舱落到月面上，剩下的飞船部分是在月球轨道上，回来的时候，登月舱得上半部分将两个宇航员送回飞船后会扔掉，这样回程的时候，只剩下服务舱和回收舱，一共只有31吨多。
楼主有一个误解，阿波罗全重45吨多，并不是全都落到月面上，只有14吨多的登月舱落到月面上，剩下的飞船部分是在月球轨道上，回来的时候，登月舱得上半部分将两个宇航员送回飞船后会扔掉，这样回程的时候，只剩下服务舱和回收舱，一共只有31吨多。
dk99 发表于 2013-7-23 09:32
我看不出来这个方程和你的结论有什么直接关系，能解释一下过程，好吗？光给个式子，这也太不认真了吧。至 ...
不会百度咩？
我看不出来这个方程和你的结论有什么直接关系，能解释一下过程，好吗？光给个式子，这也太不认真了吧。至 ...
不会百度咩？
ericcui1 发表于 2013-7-23 09:27
齐奥尔科夫斯基火箭方程听说过没？
这位大哥，看了你的公式，其实我很想知道你学的什么专业啊。
齐奥尔科夫斯基火箭方程听说过没？
这位大哥，看了你的公式，其实我很想知道你学的什么专业啊。
wangyu0767 发表于 2013-7-23 09:50
楼主有一个误解，阿波罗全重45吨多，并不是全都落到月面上，只有14吨多的登月舱落到月面上，剩下的飞船部分 ...
呵呵，是误解，刚才有人纠正过了，呵呵。
楼主有一个误解，阿波罗全重45吨多，并不是全都落到月面上，只有14吨多的登月舱落到月面上，剩下的飞船部分 ...
呵呵，是误解，刚才有人纠正过了，呵呵。
dk99 发表于 2013-7-23 09:07
既然你说很容易，就麻烦你点时间给个推导过程，给我科普一下啊。我怎么看不出来简单在哪啊。
登月舱重量、火箭发动机推力已知，燃料重量已知，通过比冲数据可以换算出发动机最大工作时间。
只计入发动机水平分力，垂直分力假设正好抵消飞船重力，则根据各个时刻飞船的重量，可以计算出飞船此时所需的倾角，这个倾角是飞船发动机工作时间的函数。通过各时刻的倾角，可以算出各时刻的发动机水平分力。
有了发动机水平分力，结合各个时刻的飞船重量，就可以求加速度，进而求各时刻的速度。
列出表达式解个关于发射后时间的定积分就可以求出任意时刻的速度了。
既然你说很容易，就麻烦你点时间给个推导过程，给我科普一下啊。我怎么看不出来简单在哪啊。
登月舱重量、火箭发动机推力已知，燃料重量已知，通过比冲数据可以换算出发动机最大工作时间。
只计入发动机水平分力，垂直分力假设正好抵消飞船重力，则根据各个时刻飞船的重量，可以计算出飞船此时所需的倾角，这个倾角是飞船发动机工作时间的函数。通过各时刻的倾角，可以算出各时刻的发动机水平分力。
有了发动机水平分力，结合各个时刻的飞船重量，就可以求加速度，进而求各时刻的速度。
列出表达式解个关于发射后时间的定积分就可以求出任意时刻的速度了。
ericcui1 发表于 2013-7-23 09:50
不会百度咩？
百度回答不了我的问题，你既然说了很简单，就麻烦你解释一下呗？难道说这很难吗？我的问题很明确，清楚吧。还是说你除了贴来贴去之外，根本不懂你在说什么？
不会百度咩？
百度回答不了我的问题，你既然说了很简单，就麻烦你解释一下呗？难道说这很难吗？我的问题很明确，清楚吧。还是说你除了贴来贴去之外，根本不懂你在说什么？
dk99 发表于 2013-7-23 10:12
百度回答不了我的问题，你既然说了很简单，就麻烦你解释一下呗？难道说这很难吗？我的问题很明确，清楚吧 ...
好多年没复习了，试着推导，中间也许有推错的地方，不过基本上大概就是这么一回事儿。还有一些其他次要的变量，估算就不用考虑了，对结果影响不算非常大。
dk99 发表于 2013-7-23 10:12
百度回答不了我的问题，你既然说了很简单，就麻烦你解释一下呗？难道说这很难吗？我的问题很明确，清楚吧 ...
好多年没复习了，试着推导，中间也许有推错的地方，不过基本上大概就是这么一回事儿。还有一些其他次要的变量，估算就不用考虑了，对结果影响不算非常大。
ericcui1 发表于 2013-7-23 10:11
登月舱重量、火箭发动机推力已知，燃料重量已知，通过比冲数据可以换算出发动机最大工作时间。
只计入 ...
我的问题是，你给出的公式里面的字母各代表什么含义，对应于你给出的那些数值。这个问题你并没有回答。你说可以计算这，计算那，却又给不出如何计算，然后又说很简单。空谈很简单吧。这么多的变量，这么典型的非线性问题，你居然说简单，那你就说说你用那些方程来计算，怎么个算法。
登月舱重量、火箭发动机推力已知，燃料重量已知，通过比冲数据可以换算出发动机最大工作时间。
只计入 ...
我的问题是，你给出的公式里面的字母各代表什么含义，对应于你给出的那些数值。这个问题你并没有回答。你说可以计算这，计算那，却又给不出如何计算，然后又说很简单。空谈很简单吧。这么多的变量，这么典型的非线性问题，你居然说简单，那你就说说你用那些方程来计算，怎么个算法。
dk99 发表于 2013-7-23 10:21
我的问题是，你给出的公式里面的字母各代表什么含义，对应于你给出的那些数值。这个问题你并没有回答。你 ...
哪个含义你不懂？还是不清楚定积分？直接拿数据往公式里套都不会？
还“这么多变量”{:soso_e120:} ，最后公式就是一个关于时间的函数，你算术是体育老师教的？
dk99 发表于 2013-7-23 10:21
我的问题是，你给出的公式里面的字母各代表什么含义，对应于你给出的那些数值。这个问题你并没有回答。你 ...
哪个含义你不懂？还是不清楚定积分？直接拿数据往公式里套都不会？
还“这么多变量”{:soso_e120:} ，最后公式就是一个关于时间的函数，你算术是体育老师教的？
我最佩服几百年前人类居然能发现推导出微积分这个东西。。。。
牛顿和那个谁谁谁的脑袋都什么构成的。。。
牛顿和那个谁谁谁的脑袋都什么构成的。。。
luckywaster 发表于 2013-7-23 10:33
我最佩服几百年前人类居然能发现推导出微积分这个东西。。。。
牛顿和那个谁谁谁的脑袋都什么构成的。。。
那个谁谁谁是莱布尼茨……
我最佩服几百年前人类居然能发现推导出微积分这个东西。。。。
牛顿和那个谁谁谁的脑袋都什么构成的。。。
那个谁谁谁是莱布尼茨……
ericcui1 发表于 2013-7-23 10:14
好多年没复习了，试着推导，中间也许有推错的地方，不过基本上大概就是这么一回事儿。还有一些其他次要 ...
首先你最后的积分好像量纲都不对吧，那个算出来的单位应该是个距离单位。其次这离证明你的结论还远着呢。
好多年没复习了，试着推导，中间也许有推错的地方，不过基本上大概就是这么一回事儿。还有一些其他次要 ...
首先你最后的积分好像量纲都不对吧，那个算出来的单位应该是个距离单位。其次这离证明你的结论还远着呢。
dk99 发表于 2013-7-23 10:37
首先你最后的积分好像量纲都不对吧，那个算出来的单位应该是个距离单位。其次这离证明你的结论还远着呢。
我们要计算的是Delta-V，只要Delta-V超过环月速度即可，明明是速度，怎么是距离呢？
整个公式只有带进去几个已知量，剩下的就是纯算术了，我可没闲工夫手把手教你解定积分{:soso_e120:}
提醒你一下，这个公式，如果不计重力，算失重条件下的Delta-V，那么积分出来就是著名的火箭公式。而环绕天体确实不需要抵消重力影响，只是在加速过程中需要而已，所以我给你的公式还较实际情况低估了Delta-V。
dk99 发表于 2013-7-23 10:37
首先你最后的积分好像量纲都不对吧，那个算出来的单位应该是个距离单位。其次这离证明你的结论还远着呢。
我们要计算的是Delta-V，只要Delta-V超过环月速度即可，明明是速度，怎么是距离呢？
整个公式只有带进去几个已知量，剩下的就是纯算术了，我可没闲工夫手把手教你解定积分{:soso_e120:}
提醒你一下，这个公式，如果不计重力，算失重条件下的Delta-V，那么积分出来就是著名的火箭公式。而环绕天体确实不需要抵消重力影响，只是在加速过程中需要而已，所以我给你的公式还较实际情况低估了Delta-V。
想简单算算，直接套火箭公式，火箭排气速度就取2500左右，飞船自重和燃料重量带进去就得了。
登月舱总质量4700千克，其中主发动机燃料2353千克，发动机比冲311秒，最高Delta-V是2.22千米/秒，月球的环绕速度仅仅1.7千米/秒。
想简单算算，直接套火箭公式，火箭排气速度就取2500左右，飞船自重和燃料重量带进去就得了。
登月舱总质量4700千克，其中主发动机燃料2353千克，发动机比冲311秒，最高Delta-V是2.22千米/秒，月球的环绕速度仅仅1.7千米/秒。
ericcui1 发表于 2013-7-23 10:38
我们要计算的是Delta-V，只要Delta-V超过环月速度即可，明明是速度，怎么是距离呢？
整个公式只有带进 ...
力除以质量得到的一定是加速度，乘以时间之后一定是速度，速度对时间求积分之后得到的一定是路程。这是最基本的物理和数学。
其次我确实我不理解为什么要假设，推力的垂直分量等于重力，因为我觉得那意味着火箭在垂直方向上保持匀速，或是静止，由于火箭的初始状态一定是静止的，好像这意味这火箭从未离开地面。
虽然我不愿意猜测你的学历，但是我估计你还不够资格教我数学。讨论应用就好。
我们要计算的是Delta-V，只要Delta-V超过环月速度即可，明明是速度，怎么是距离呢？
整个公式只有带进 ...
力除以质量得到的一定是加速度，乘以时间之后一定是速度，速度对时间求积分之后得到的一定是路程。这是最基本的物理和数学。
其次我确实我不理解为什么要假设，推力的垂直分量等于重力，因为我觉得那意味着火箭在垂直方向上保持匀速，或是静止，由于火箭的初始状态一定是静止的，好像这意味这火箭从未离开地面。
虽然我不愿意猜测你的学历，但是我估计你还不够资格教我数学。讨论应用就好。
dk99 发表于 2013-7-23 11:02
力除以质量得到的一定是加速度，乘以时间之后一定是速度，速度对时间求积分之后得到的一定是路程。这是最 ...
最后打多了一个字母，T去掉。
至于推力是不是抵消重力，其实这个问题对最后结果影响有限，阿波罗飞船本身环月轨道高度就很低。重力只在加速初始阶段有较大影响。
登月舱上升段的Delta-V实际值是2.22千米/秒，通过估算，即使是只套简单的火箭公式，也知道这个值非常符合常理。
dk99 发表于 2013-7-23 11:02
力除以质量得到的一定是加速度，乘以时间之后一定是速度，速度对时间求积分之后得到的一定是路程。这是最 ...
最后打多了一个字母，T去掉。
至于推力是不是抵消重力，其实这个问题对最后结果影响有限，阿波罗飞船本身环月轨道高度就很低。重力只在加速初始阶段有较大影响。
登月舱上升段的Delta-V实际值是2.22千米/秒，通过估算，即使是只套简单的火箭公式，也知道这个值非常符合常理。
不及高洋 发表于 2013-7-23 00:23
月球的环绕速度大致是1.6公里每秒，是地球的五分之一，就算不计火箭本身的质量，所需动能也只要地球上的二 ...
如果以现在中国的技术（包括长5）登月 也需要那么大吨位的火箭吗
月球的环绕速度大致是1.6公里每秒，是地球的五分之一，就算不计火箭本身的质量，所需动能也只要地球上的二 ...
如果以现在中国的技术（包括长5）登月 也需要那么大吨位的火箭吗
ericcui1 发表于 2013-7-23 11:10
最后打多了一个字母，T去掉。
至于推力是不是抵消重力，其实这个问题对最后结果影响有限，阿波罗飞船 ...
重力你都能忽略，那已经是你唯一需要克服的力量了。至于你所谓的delta v，准确的说你给出的是一个时间的函数，它显然不是一个常数，我很难理解所谓上升段的delta v的实际值是什么意思，因为在整个上升段，它显然是在不断变化的。
最后打多了一个字母，T去掉。
至于推力是不是抵消重力，其实这个问题对最后结果影响有限，阿波罗飞船 ...
重力你都能忽略，那已经是你唯一需要克服的力量了。至于你所谓的delta v，准确的说你给出的是一个时间的函数，它显然不是一个常数，我很难理解所谓上升段的delta v的实际值是什么意思，因为在整个上升段，它显然是在不断变化的。
有爱好者编写了计算机程序，对阿波罗飞船登月舱的上升段进行了精确的数学模拟：http://www.braeunig.us/apollo/LM-ascent.htm（如果看不见请上代理）
这应该可以终结楼主的问题了。
这应该可以终结楼主的问题了。
genkevin 发表于 2013-7-23 11:32
如果以现在中国的技术（包括长5）登月 也需要那么大吨位的火箭吗
理论上用长5也可以吧，无非是多发射几次燃料舱在轨道上对接，不过操作起来安全性不高，而且舱段直径小，不便于宇航员生活。
如果以现在中国的技术（包括长5）登月 也需要那么大吨位的火箭吗
理论上用长5也可以吧，无非是多发射几次燃料舱在轨道上对接，不过操作起来安全性不高，而且舱段直径小，不便于宇航员生活。
dk99 发表于 2013-7-23 11:40
重力你都能忽略，那已经是你唯一需要克服的力量了。至于你所谓的delta v，准确的说你给出的是一个时间的 ...
登月舱上升段的发动机燃料量，推力，比冲都已知，其工作时间实际上就是一个常数。
卫星在轨道上，实际上不需额外的力去抵消重力影响，而上升过程中，实际上重力也只在最初阶段影响较大。估算时对结果影响并不是太大。Delta-V是指太空飞行器用一定燃料所能达到的理论速度增量。
飞船上升段在实际飞行中，是遵循了一套俯仰程序来调整的。精确计算需要计算机的帮助。实际上，有爱好者就做过这一套模拟：http://www.braeunig.us/apollo/LM-ascent.htm，精确到了每秒的情况，由于无法获得确切的俯仰程序，作者自己编写了一套。
dk99 发表于 2013-7-23 11:40
重力你都能忽略，那已经是你唯一需要克服的力量了。至于你所谓的delta v，准确的说你给出的是一个时间的 ...
登月舱上升段的发动机燃料量，推力，比冲都已知，其工作时间实际上就是一个常数。
卫星在轨道上，实际上不需额外的力去抵消重力影响，而上升过程中，实际上重力也只在最初阶段影响较大。估算时对结果影响并不是太大。Delta-V是指太空飞行器用一定燃料所能达到的理论速度增量。
飞船上升段在实际飞行中，是遵循了一套俯仰程序来调整的。精确计算需要计算机的帮助。实际上，有爱好者就做过这一套模拟：http://www.braeunig.us/apollo/LM-ascent.htm，精确到了每秒的情况，由于无法获得确切的俯仰程序，作者自己编写了一套。