动量守恒定律——火箭发动机的作用原理每个物体都具有动量,并不如有些人认为的“火箭发动机喷出高速气流作用于空气,因此它们都需要携带航天推进系统（小推力火箭发动机）,都是用大推力火箭发动机发射到太空中的,没有一个人有如此大的神力做到抛出一个物体而不落到地面上,常用的小推力火箭发动机有：化学火箭发动机、太阳能火箭发动机、核火箭发动机等,空气的存在不仅不会帮助到火箭发射,人造卫星在太空中进行一系列姿态改变、变轨、加速等利用的原理和发射过程一样。
直径多大的人造卫星才能在地球上看着有太阳那么大
虽然这个问题就是一个简单的按比例放大与缩小的问题， 但这里还是要来介绍一下有关视直径的概念。对于不同大小和距离的物体， 它们看起来有时候是一样大小的， 例如， 尺寸大距离远的物体与尺寸小距离近的物体有可能看起来一样大。那么， 我们要如何表示物体看起来的大小呢？
这就需要引入视直径的概念， 物体最宽的两侧与观察者所形成的夹角被称作视直径。因此， 视直径不是指物体宽多少米， 而是指它看起来的视角大小。显然， 视直径越大， 物体看起来显得也就越大。那么， 物体的视直径要如何计算呢？ 请看下图：
利用简单的三角函数关系， 很容易得到物体的视直径α、物体的实际半径R以及物体的距离d三者之间的关系式：
tan(α/2)=R/d
上式相当于：
α=2arctan(R/d)
对于这个问题， 只要利用第一个公式就能计算出来。太阳的实际半径约为69.6万公里， 距离地球约为1.5亿公里。不同人造卫星的轨道高度相差很大， 如果以天宫二号或者国际空间站的400公里轨道高度为准， 那么， 这颗人造卫星的最大直径至少要为3.7公里， 才能使其看起来有太阳那么大。相比之下， 天宫二号的太阳能电池板的最大宽度为18.4米， 国际空间站的最大宽度为108.5米。这两个空间站在地球上都可以直接用肉眼看到， 只不过是小亮点而已。
另一方面， 如果是在2万公里的北斗导航卫星的轨道高度， 则这颗人造卫星的最大直径至少要达到186公里， 这样它看起来才会有太阳的大小。而如果是在3.58万公里的地球同步轨道高度上， 对应直径为332公里。
人造卫星靠什么提供动力
人造卫星——闪亮的人造星星
当我们抬头仰望天空， 苍穹中若隐若现的无数颗人造卫星， 见证了人类科技的发展和社会变革， 它们是人类智慧的结晶和见证。通过了几代人的努力， 在太空中有成千上万颗人造卫星， 它们在天体引力的安排下， 有规律的在太空中飞行。
人造卫星可分为三类：科学卫星、技术实验卫星和应用卫星。它们肩负着空间探测、宇宙探索、天文观测、气象观测等任务， 为我们更加深入的了解地球， 了解宇宙提供了大量资料。
而如此多的人造卫星， 要想按照人类的指令完成任务， 仅仅依靠引力是万万不能的， 还需要它们自己的能力——推力， 这样才能在太空中飞得更快更久远。
航天推进系统——让人造卫星走的更快更久远
三百多年前， 四十多岁的牛顿坐在一棵苹果树下， 突然之间， “人类历史上三大苹果”中的其中一棵苹果砸中了他的脑袋， 他为此并不是很生气， 一个伟大科学家所拥有的理智和严密的罗辑思维“鞭策”他去思考一个问题：为什么苹果会往下落而不是往上落？
经过长期的思考及论证， 牛顿发现了万有引力定律， 并在1687年出版的《自然哲学的科学原理》一书中首先将这个“掌控”着宇宙运行秘密的伟大定理提出来。
牛顿在思考万有引力定律时曾想过一个问题：
从高山上以不同的速度抛出物体， 速度一次次一次大， 落地点也就一次比一次离山脚远， 如果没有空气阻力， 当速度足够大时， 物体就不会落到地面上。
很显然， 没有一个人有如此大的神力做到抛出一个物体而不落到地面上， 但在人类的智慧与科学发展的共同推动下， 人类（苏联人）终于在1957年10月4日将一个物体——人造卫星发射升空并且没有落到地面上。
这个人造卫星和所有卫星别无两样， 都是用大推力火箭发动机发射到太空中的， 而火箭属于航天推进系统。
航天器推进系统是利用自身携带的工质， 依靠反作用原理为航天器提供推力或力矩的整套装置， 它能够在大气层外真空中条件下工作， 使航天器达到所需要的速度和飞行姿态。
相对于现在发射的人造卫星， 人类第一颗人造卫星在发射升空后由于没有推进系统， 无法对其进行变轨、加速等一系列运行控制。由于其所在高度仍然存在少量空气， 有一定空气阻力， 飞行速度回逐渐变慢， 并最终坠入大气层。
人类发射人造卫星肯定不能白白的看它们最终都坠入大气层， 因此需要对其进行变轨加速控制；而且它们肩负着重任， 需要完成一系列科学探测任务， 有的甚至需要飞向遥远的宇宙深处， 因此它们都需要携带航天推进系统（小推力火箭发动机）。
常用的小推力火箭发动机有：化学火箭发动机、太阳能火箭发动机、核火箭发动机等。它们向后方喷出高速气体， 产生推力， 为人造卫星提供动力， 以支持它们飞得更快、更远、更久。
动量守恒定律——火箭发动机的作用原理
每个物体都具有动量， 简单来说动量P＝质量m×速度v
动量守恒定律与能量守恒定律和角动量守恒定律被称为线代物理学中三大基本守恒定律。
而且动量守恒定律是自然界中最普遍、最基本的定律之一， 不仅适用于宏观低速物体， 也适用于微观高速物体， 从宇宙天体到微观粒子， 都遵循着动量守恒定律。
由动量守恒定律可知：对于一个不受外力作用或者合外力等于零的系统， 其系统总动量不变， 系统的内力仅能改变系统内物体的动量， 系统总动量并不改变。
举一个比较简单的动量守恒模型——人船模型
一艘质量为M的船静止不动的漂浮在水面之上， 一个质量为m的人站在船上， 从船头走到船尾， 如果不计水的阻力， 则整个过程人和船相对于水面的运动情况是怎样的？
分析：在“人船模型”中， 人和船组成一个系统， 所受合外力为零， 系统总动量保持不变， 但人和船相互独立， 能各自运动；人和船原本相对于水面的速度都为零， 系统总动量也为零， 现在， 人在船上走， 人相对水面的速度不为零， 因为系统总动量为零， 所以船会向人走动方向相反的方向运动。
解：设人走动的速度为v， 船运动的速度为u， 则由动量守恒定律， 得
人在船上走动时的任意时刻， 人和船的速度都满足上述关系， 所以根据m、M、v可以计算得出船的速度u
再举个例子：冬天到了有些地方地面已经结冰， 这时， 小明和小美两人面对面蹲在地上， 这时， 小明用手稍微向前推了一下小美， 请问小明会怎样 ？ 静止不动还是向后运动 ？
没错， 是向后运动。
因为在这个例子中， 可以小明和小美看做是一个系统， 系统动量守恒， 且开始时为0。
航天器飞行原理详解
现在， 我相信大家已经对动量守恒定律有了简单的了解， 那么我们回到人造卫星的发射及运动上。
▼下面是火箭发射过程的动量守恒图解
由此可见， 火箭的发射过程依靠的也是动量守恒定律， 并不如有些人认为的“火箭发动机喷出高速气流作用于空气， 产生作用力和反作用力， 使火箭升空”。
相反， 空气的存在不仅不会帮助到火箭发射， 还会产生空气阻力， 极大的阻碍火箭的发射和加速， 耗费燃料。
在空气阻力这一点上， 人造卫星有着先天优势， 因为在太空中， 空气稀薄， 甚至在外太空为超真空环境， 几乎不存在空气阻力， 这十分有利于人造卫星的变轨、加速等。
人造卫星在太空中进行一系列姿态改变、变轨、加速等利用的原理和发射过程一样， 都遵循着动量守恒定律， 甚至可以这么说， 人造卫星的动力“来源于”动量守恒定律。
无论是化学火箭发动机、太阳能火箭发动机， 还是核火箭发动机、等离子火箭发动机， 都需要携带工作介质， 比如说氢、氦、锂等， 它们最终都会以气体或等离子体的形式被高速喷出， 提供推力。
我们知道， 要想使气体喷出， 需要能量， 而且所需能量大小与气体喷出速度有关， 速度越大， 所需能量越大。
就拿我们人来举例子：我们的生活离不开呼吸， 而我们的呼气和吸气是需要能量的， 这些能量由人体提供。
在正常情况下， 呼吸并不会是我们感觉到累， 因为气体吸入和呼出的速度较小， 需要的能量也就小， 但如果我们快速的呼吸， 比如吹一个气球， 不一会儿就会感觉到疲惫， 因为在这个过程中， 耗费的能量多。
对于火箭发动机来说， 根据发动机种类不同， 能量来源也就不同。
对于化学火箭发动机， 比如说我们时常见到的长征系列、SpaceX系列火箭发动机， 其工作介质（气体）和能量均来源于化学燃料的燃烧。
▲一种电火箭发动机， 工作介质为铯
对于电火箭发动机而言， 其能量和工作介质是分开的。电火箭发动机的能量有很多种， 包括太阳能、核能， 这些能量经由电能转换装置（发电机）转换成电能， 然后用电能加热、加速工作介质产生高速气流喷出从而产生推力。
核热火箭是利用核裂变的热能将工质加热到很高的温度， 然后通过收缩扩张喷管加速到超音流而产生推力的火箭发动机系统。其工作原理与液体火箭发动机相似， 所不同的是核热火箭用核反应堆取代了液体火箭中的化学燃烧。
下图为核热火箭的原理示意图
总的来说， 无论哪种火箭发动机， 它们利用的原理都是相同的， 不同的只是能量来源不同， 都需要携带一定量的气体， 才能产生推力。
被世界公认为“宇航之父”的俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾提出过一个公式， 这个公式被后人称为齐奥尔科夫斯基公式：
齐奥尔科夫斯基公式由动量守恒定律出发， 经过积分运算得出， 简明扼要的表示了航天器速度的增量与气体喷出速度之间的关系。
由于人造卫星本身的限制， 无法携带大量液态或固态的工作介质， 它们的火箭发动机单位时间内喷出的气体质量较小， 因此产生的推力也相对较小， 无法与大推力火箭发动机相媲美。
