在观看火箭发射直播时，许多观众都会注意到这样一个有趣的现象：火箭最初是垂直向上飞行的，但不久之后便开始逐渐倾斜，最终以接近水平的姿态飞向太空。这种看似“先直后斜”的飞行轨迹，并非偶然，而是蕴含着深刻的科学原理与精密的工程设计考量。这样的发射方式，实际上是为了更高效地将航天器送入预定轨道。

为什么选择垂直发射？

火箭的设计目标是将卫星或其他有效载荷送入预定轨道，这要求它必须达到特定的速度与高度。在火箭起飞并穿越大气层的过程中，除了要克服地球引力外，还需要面对来自稠密空气的强大阻力，这种阻力极大地阻碍了火箭加速和上升的能力。因此，火箭的助推器和一级发动机的任务就是携带充足的燃料，通过高速喷射产生巨大推力，迅速将火箭推送至50公里以上的高空，即进入稀薄的大气层边缘。对于火箭而言，减少在稠密大气中停留的时间和穿越的距离可以有效降低空气阻力对飞行的影响。数学上，点到线之间的最短距离是垂线。基于这一原理，垂直起飞成为了火箭冲出大气层的最优路径选择。此外，垂直发射只需略高于起飞重量的推力即可实现升空；而若采用斜角起飞，则需要更大的初始推力来克服重力分量，这无疑增加了能源消耗和技术难度。

垂直起飞的优势

垂直起飞让火箭能够以最快的速度穿过大气层，缩短在其中飞行的时间和路程，减少空气阻力导致的速度损失。这种方法不仅效率高，而且技术实现相对简单，使得火箭能够在较短时间内获得足够的高度。

倾斜飞行：确保航天器成功入轨的关键步骤

为了使航天器能够在太空中长期稳定地运行，必须使其达到第一宇宙速度（约7.9公里/秒），这样才能依靠向心力克服地球引力，维持在预定轨道上飞行。而要达成这一目标，火箭不仅需要垂直向上发射以迅速穿越大气层，还需要通过倾斜飞行来为航天器提供必要的绕地球飞行的速度。

为何采用倾斜飞行？

火箭发射后开始逐渐倾斜其飞行路径，并不断加大倾斜角度，直至进入绕地球的椭圆轨道。这一过程利用了地球引力的帮助来改变火箭的飞行方向，从而节省燃料用于水平加速。通过这种方式，火箭能够更有效地获得高速度，确保航天器顺利进入轨道。如果不进行这种“转弯”操作，火箭仅能垂直上升至某一高度后耗尽燃料，最终因无法抵抗地球引力而落回地面。因此，倾斜飞行不仅是进入地球轨道的必要条件，它还具有以下两大优势。

节省燃料：倾斜飞行允许火箭利用地球引力辅助转向，减少了直接调整方向所需的能量消耗，从而将节省下来的燃料用于增加水平速度。

优化飞行轨迹：随着倾斜角度的增加，火箭不仅能获得足够的高度，还能调整其方向和加速度，确保为航天器提供恰当的高度、速度以及正确的飞行方向，使其能够平稳地进入预定轨道。

由此可见，火箭发射时“先直后斜”的飞行轨迹，并非随意设计，而是综合考虑了大气阻力、燃料效率、轨道需求等多重因素的最优方案。通过垂直起飞快速穿越大气层，再通过倾斜飞行逐步建立轨道速度，火箭得以高效、稳定地将航天器送入预定轨道。这一过程不仅体现了人类对自然规律的深刻理解，也展示了现代航天技术的高度成熟与精密控制能力。

来源: 中国载人航天官网