本文参加百家号#科学了不起#天文航天系列征文赛。
看看这张火箭发射轨迹的图片：
你有没有注意到火箭所遵循的路径中相当有趣的东西？火箭没有沿直线飞行，而是沿曲线飞行。这不是一个错误，你会在其他火箭发射的图片和视频中看到同样的事情。
即便如此，这似乎也说不通。火箭应该进入太空，对吗？如果它们沿直线向上，而不是沿着抛物线向上，不是更有意义吗？看起来火箭直线上升到达太空会比曲线快得多，火箭科学家那么聪明，是什么原因不让火箭直接上去呢？
简单来说就是因为他们希望火箭沿着环绕地球的轨道，使用尽可能少的燃料。
为什么火箭垂直发射？
在太空技术的背景下，火箭是可以把人和东西送入太空。那是一个从发射台发射出来的又薄又圆又高的飞行器，在它的尾端留下一大片烟雾。理论上，它可以像飞机从跑道上起飞那样发射，但这需要对目前火箭的设计进行大量的改变，那就更别想省钱了。(看看为什么航天飞机不像飞机那样起飞？)
图解：火箭以巨大的向上推力垂直发射(图片来源：nasa)
火箭是垂直发射的，有巨大的向上推力，这是由于它们自己的引擎和附着在它们上面的固体助推器(在发射后不久就被抛弃了)。发射后，火箭的爬升最初是缓慢的，但在升空的第一分钟结束时，火箭以惊人的英里每小时(公里每小时)的速度前进。
当火箭在空中飞行时，由于冲破空气阻力，它消耗了大量能量，它需要确保在大部分燃料耗尽时达到足够高的高度。这就是为什么火箭一开始飞得非常快，因为它需要在尽可能短的距离内穿过大气层最厚的部分。
为什么火箭发射后的轨道角度发生变化？
我认为，人们对火箭飞行轨迹的困惑，很大程度上源于一个普遍的假设，即大多数火箭只是想逃离地球的引力，进入“太空”。虽然这在技术上是正确的，但它并没有描绘出一幅清晰的画面。
首先，你应该明白空间并不是那么遥远(你可能想看看：空间从哪里开始？)如果你在距地球公里(62英里)的高空飞行，你就被正式认定为“在太空”。如果你飞行超过80公里(约50英里)，美国空*会称你为“宇航员”。菲利克斯·鲍姆加特纳(他是在没有引导伞时的最高垂直自由落体纪录的保持者)的高空跳伞被称为著名的“太空跳跃”，尽管他只从39公里(约24英里)的高度跳下。
这一切有一个独特的启示……
因此，这并不是说火箭只是简单的想要到达“太空”；他们实际上希望用更少的燃料来做这件事。大多数火箭真正想做的是进入地球的“轨道”
让它进入运行轨道
大多数火箭的主要目标是到达行星的轨道并停留在那里。在地球的轨道上，地球的引力足够高，可以防止火箭飞向外太空，而且高度足够低，这样火箭就不必燃烧大量燃料来避免坠落回地球。
为了进入运行轨道，火箭开始倾斜，并逐渐增加这种倾斜，直到它达到一个椭圆形轨道围绕地球。也就是说，找到正确的轨道并不容易；这是通过消耗大量燃料为代价，来达到令人难以置信的水平速度公里/小时(英里/小时)。这种优化航天器轨道使其达到所需路径的技术称为重力转向或零升力转向。
火箭开始逐渐转向进入轨道
这项技术有两个主要好处：首先，它让火箭在上升的早期阶段保持一个非常低的甚至为零的迎角，这意味着火箭承受的空气动力压力更小。另一个好处是，它让火箭利用地球的引力，而不是自身的燃料来改变方向。因此，火箭所节省的燃料可用于水平加速，以达到高速，并更容易进入轨道。
简而言之，火箭要进入地球轨道，就必须在发射后改变轨道。如果它不这样做，并继续直线上升，它将最终达到一个点，其燃料将耗尽，最有可能的是它将像一块石头以直线下降回到地球。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3.sciabc-J.Smiley
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