在海南,在文昌,11月24日淩晨,嫦娥五号探測器坐上了“胖五”——長征五号火箭,一起飛上天空,向月亮飛去。之所以诨号“胖五”,大家都知道長征五号真的是太大了,就像下圖一樣,5米直徑抱都抱不住,接近60米高度比15層樓還高。不過據說這麼大的火箭,90%的重量都是燃料。
巨大的長征五号火箭
這次發射中的各部分,重量占比如何?
嫦娥五号是這次發射的載荷。為了能夠順利從月亮上返回地球,嫦娥五号相比之前的“嫦娥”們增添了模塊,也就增加了重量。從探測器本身來講,嫦娥五号全重達到8.2噸。下圖是假想嫦娥五号從月亮上再次起飛時的情景,它的下半部分會被抛棄到月亮上。
嫦娥五号會在月亮上再次發射
航天發射當中,一克重量一克金。探測器這一“乘客”增加的重量,就得長征五号火箭多“吃飯”,燒掉更多的燃料來送到月亮上。作為采用液氫、液氧和煤油作為主要燃料的大型液體運載火箭,普通的長征五号火箭的起飛重量據說大約有850噸左右,我們剛才說了,光是燃料就要占到90%左右,算下來大約——765噸!
765噸是個什麼概念?一輛普通的小轎車大概1.4到1.5噸,765噸就是大約350輛上下的小轎車加在一起。據說日本持有黃金儲備位居全世界第8名,重量大約就是765噸。
嫦娥五号的燃料重量相當于350輛左右的普通小轎車
火箭體積大約有多大?
既然燃料這麼重要,火箭本身應該也盡量減少了不必要的重量,剩下的部分雖然大但是輕。那麼,咱們做一個估算,假如8.2噸的乘客嫦娥五号先下去,長征五号火箭再放空了燃料,剩下的部分大約76.8噸,按照網上數據估算的體積,能在水裡飄起來不?
咱們來看看長征五号火箭的設計參數。它設計的全長約是56.97米,其中芯一級長度33.16米,直徑5米;芯二級長度11.54米,直徑5米;火箭頂上尖的那個“箭頭”——整流罩直徑5.2米左右,所以咱們估算大概可以按56.97米全長配上5米直徑。另外,火箭四周挂的那幾個罐子,也就是下圖當中噴火的那幾個,也就是助推器,長度27.6米,直徑3.35米,一共是4個。
助推器也非常巨大
粗略算一下,箭體整個占地的體積大約1118.6立方米,助推器體積大約973.1立方米,加起來大約在2092立方米附近。當然了,火箭的頭部十幾米是尖的,4個助推器的頭部也是尖的,所以實際體積要小一些,但也應該會超過1500立方米。
能漂起來嗎?
剛才說了火箭剩下的重量76.8噸,1立方米水大約是1噸重;火箭想要在水裡浮起來,排開水的體積大約76.8立方米。隻要火箭的總體積比這個大,就可以隻有一部分被水淹沒,其他部分在水上浮起來。
那麼結論很明顯了,隻要火箭裡不進水,在水上浮起來是可行的。同為金屬的輪船可以,我能上天的長征五号火箭還不行麼?
長征五号和嫦娥五号的目的地在地球很遠
想想火箭之所以這麼大體積,還是因為裡面大多數空間都是燃料:液氧的密度稍大于水,但是煤油密度比水小不少,而液氫的密度還不到煤油的十分之一。
不過,這種粗算說的是不漏水的情況,但是火箭掉到水裡肯定漏水的,所以實際上是漂不起來的。
火箭會在用完燃料後抛棄掉空的部分
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