准备好了就出发

要进入太空，就必须冲出地球设置下的四道关卡。

第一关，地球引力。地球的引力在160千米高度减小1%，2700千米高度减少50%。在地表附近运动的物体，只有达到第一宇宙速度即每秒7.9千米的时候，才能成为地球的卫星；达到每秒11.2千米的第二宇宙速度，才能像地球、金星、火星等星体那样，成为太阳系的一颗新行星；当达到每秒16.7千米的第三宇宙速度，才可以飞出太阳系。

第二关，克服真空。海平面上的大气压强是101.33千帕斯卡（760毫米汞柱），对应每立方厘米体积内约有24亿个分子。大气密度和大气压强随地面高度的增加按指数规律迅速减少。在200千米高空，大气密度和大气压强只有海平面的十亿分之一。而行星际空间每立方厘米含有的分子或原子数平均不到100个，恒星际空间则平均只有10个。装有一般发动机的飞机，上升高度的极限是27千米，再高的话发动机就会由于严重缺氧而停车。只有装备了自带氧化剂的火箭发动机，才能克服这一问题，达到更大高度。

第三关，剧烈变化的温度环境。除去极地附近，地球上最热的地方气温约为40℃，最冷的地方也不过零下40℃左右。而在空间，物体朝向太阳一面的温度可高达200℃，背阳面地球阴影内则能低到零下100℃。远离恒星的空间环境温度接近于绝对零度（零下273℃）。恒星附近，环境温度则会高达几百甚至几千摄氏度。

第四关，充满有害辐射的空间。近地空间是一个强辐射环境。从X射线到红外线的太阳电磁辐射对人体、材料都有一定的影响。除电磁辐射外，粒子辐射也会对人体、材料造成严重影响，它的来源主要有三种，即地球辐射带、太阳宇宙线、银河宇宙线。因此必须采取相应防护措施，才能保证空间活动顺利进行。

要达到第一宇宙速度，需要强有力的推进器，但这并不是最主要的困难。如果没有大气阻力，普通火箭推进器，甚至儒勒·凡尔纳设想的大炮都可以实现这一速度。但随着速度的增加，空气阻力将迅速超过重力。地球周围那一层8～12千米厚的稠密大气层，便成为登天之路上的最大障碍。为了克服这一阻力，必须提供更大的推力，这就不得不增大发动机体积和携带更多的燃料，结果进入恶性循环，以至于即使不带任何有意义负载的小型单级火箭，也无法达到第一宇宙速度。更糟的是，火箭与稠密大气的摩擦将产生大量热，速度达到3倍声速左右时即会遇到所谓“热障”。此时航空器上普遍采用的铝合金材料因高热无法保持强度，而必须以高温钢材甚至钛合金代替。作为一次性使用的火箭还可采用烧蚀防热瓦来暂时阻隔热量。但更好的方法是把最后的加速段改在较稀薄的大气层中进行，这就是垂直发射成为航天发射方式主流的原因。因为这样能尽快提升高度，可相对减少地球引力的影响，并减少部分空气阻力。另外，为了尽量减少结构重量，提高火箭效率，人们还发明了多级火箭，让后一级火箭在前一级的速度基础上点火，以达到更高的速度。目前发射的卫星和飞船，都利用了这个原理。研究中的先进火箭则希望利用而不仅仅是避免空气阻力，以实现“水平起飞”“单级入轨”的梦想。

民间火箭爱好者设计的航天器模拟图，希望火箭有质的变化

名词解释

声速：即声音的传播速度。在海平面空气中的声速平均值为每秒344米。

水平起飞：即像飞机一样利用空气升力起飞，而不是和目前所有航天器一样的垂直发射。

单级入轨：宇航先驱齐奥尔科夫斯基的计算表明，普通化学燃料的能量难以令通常的火箭达到第一宇宙速度，为此不得不采取多级火箭设计，通过丢弃部分结构重量来帮助加速，但这造成了结构材料的浪费，因此宇航专家们一直在研究不需抛弃部分结构重量即可使航天器达到足够速度的方法。例如先以“航天飞机”的模式升空至大气层高处较稀薄地区，再启动火箭发动机加速到第一宇宙速度进入轨道。这样的航天器就称为“单级入轨”航天器。