太空还有反作用力吗，飞船在真空中依靠什么动力，怎样调整方向？

网友邀答：我一直搞不懂，没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的？基于这个问题，回答如下：

这位网友一直没搞清什么叫反作用力，所以才会一直搞不懂。什么叫“反作用力”？在力学中，很难找到真正的“反作用力”标准定义，一般只用牛顿第三定律来描述，即：两个物体之间的作用力和反作用力总是同时存在，大小相等，方向相反，我们把其中的任意一个力叫做作用力，那么另一个力就叫做反作用力。

这个论断里面包含三层意思：一是任何力都是成对出现；二是这种成对出现的力大小相等；三是这种成对的力方向相反，且在一条直线上。而且从这个表述里，作用力与“反作用力”与空气无关。因此真空环境没有反作用力是一个毫无道理的错误认知。

在地面，人们推动一只箱子，箱子会向前移动，这就是这个人加诸到这只箱子上的作用力，但这个作用力产生了一个“反作用力”，“反作用力”本来会导致这个人向箱子相反方向直线移动，但由于这人的脚丫子蹬在地面上，而手会感到疼痛或酸麻，这就是反作用力施加到了人体和地面上。因为这个“反作用力”与作用力发生在一条直线上，所以如果这个人笔直站着是推不动箱子的，直线“反作用力”会把这个人往后推倒，因此这个人需要弓着腰，斜蹬这地面，以支撑抵消来自“反作用力”的直线推力。

火箭、炮弹、子弹向前运动，炮和枪都会产生后坐力，火箭向后喷射的高速气流产生推力，都是反作用力的体现。还有划船向后划水，走路脚掌落地摩擦向后蹬腿，都是反作用力推动船和人向前。

太空中，反作用力并没有改变。反作用力在地球上，由于受到空气阻力和地球重力的影响，表现出很复杂的状态。而在太空中，没有了空气阻力和重力，因此反作用力不但没有减少，反而更明显规范了。

飞船向后喷气，是对后方产生了一个作用力，飞船在没有重力和空气阻力的情况下，怎么来抵消向后喷气这个力呢？于是只有向前飞驰，成直线的与向后喷气速度成正比速度前进。

前面说了，力有三个特点，就是成对出现，大小相等，一正一反，在一条直线上。因此飞船在太空正是遵循着三个原则使用力。当向前行驶时，就向后方喷射气流；当需要调整航向时，就会启动飞船调姿发动机，调整飞船姿态；当要刹车时，就向前面喷射气流。

理论认为，作用力和反作用力还是有主次之分的，施力方是主动的，因此其施出的力叫作用力，而被施力方对作用力的“反抗”作用，是被动的，因此叫做“反作用力”。我们在科学教育影视中，看到火箭或探测器、卫星、飞船向后喷气，有时候旁边还时不时喷射出雾状气流，这些喷出的高压气体就是作用力，而“反作用力”则导致飞船向作用力反方向直线移动。

宇航员身穿宇航服在舱外活动时，为了移动位置，就利用宇航服中自带的高压气体，向外喷射气流，然后“反作用力”导致自己向反方向飘去。

火箭发动机与航空发动机的根本区别。太空中，没有空气和氧气，一般处于高度真空状态。因此火箭发动机与航空发动机最大的区别就是对外界空气的依赖与否。

飞机都在大气层里飞行，而且主要是在对流层空气密度较大的空间飞行，因此现代航空喷气发动机设计时，燃烧室和整个机动原理都是依靠空气来考量的，燃料是依靠空气中的氧来助燃的，这种发动机飞行高度是有严格限制的，只能在对流层空气密度较大的空间飞行，到了空气很稀薄的高空，就无法运行了，更不能飞出大气层。

而航天都是用火箭发动机。火箭发动机虽然也是喷气发动机，但不依赖外界空气，而是自带的推进剂，能在火箭发动机内转化为工质，形成高速射流排出，产生动能推力。关键是这种燃料不需要外界氧气助燃，因为里面含有氧化剂或者其他的化学物质，可以在无氧封闭的空间燃烧或者反应，产生大量的高压气体。

因此，火箭发动机设计时整个都是考虑在真空环境如何产生动能的。火箭发动机有内燃形式，也有非燃烧形式。也就是说喷射出的高速气流有高温的，也有冷的高压惰性气体。

航天器除了主推力发动机，还有姿态控制发动机。我们看到影视作品中，向后喷射着火焰或耀眼光芒的，是主火箭发动机，主要用于推动火箭达到某种速度，向前飞驰的；而姿态控制发动机，则并非用于推动火箭前行，主要是调整飞行器指向，起到方向盘和刹车作用。其主要工作方式是向外喷射高速气流，从而达到航天器向相反方向做出调整。

通过姿态控制发动机，航天器可以达到速度修正、轨道修正、位置保持、推进剂沉底等目的。有时候，调姿发动机也用到主推发动机的辅助作用。

这种发动机由增压系统、推进剂供应系统、贮箱、不同推力的推力室组成，可随时启动，并以脉冲方式工作，最小脉冲间隔可达几个毫秒，工作寿命可达10年以上，反复启动可达数十万次。在一艘火箭或航天器上，会根据需要部署数个甚至数十个姿态控制发动机，这些发动机非常重要，稍有差池，火箭发射就会失败，航天器就会不知所踪。

这里将阿波罗载人飞船登月舱的一些数据引用如下，大家可以了解一火箭发动机的配置情况：

上升级

乘员: 2人

成员舱容积: 6.65 m³ (235 ft³)

高：3.76米

直径：4.2米

最大燃料装载量: 4,670千克

舱内气氛：100%氧气250毫米汞柱(33 kPa)

供水：2个19.3公斤(42.5磅)水罐

冷却剂： 11.3公斤(25磅)乙二醇乙酸脂/水溶液

反作用力控制系统推进剂量：287公斤(633磅)

反作用力控制系统推进器：16个推进器，4套，每套4个，每个提供445N推力

反作用力控制系统推进剂： N2O4/UDMH（四氧化二氮/不对称二甲肼）

反作用力控制系统比冲量： 2.84 kN·s/kg

上升级推进系统推进剂量：2353公斤(5187磅)

上升级推进系统推进器： 15.6kN (3,500 lbf)

上升级推进剂：N2O4/航空肼50 (不对称二甲肼/联氨)

APS pressurant： 2个2.9公斤氦气罐，罐压21MPa

发动机比冲: 3.05 kN·s/kg

推重比: 0.34 lbf/lb (3.3 N/kg)

Ascent stage delta V: 2,220 m/s (7,280 ft/s)

电池: 2套296 A·h银锌电池

电源: 28V直流电, 115V 400Hz交流电

下降级

高：3.2米

直径：4.2米

支撑腿跨度: 9.4 m (30.8 ft)

最大燃料装载量: 10,334 kg (22,783 lb)

供水: 1个151公斤水罐

供电: 2套296 A·h银锌电池(次系统)

推进剂量: 8,165 kg (18,000 lb)

下降级推进系统推力: 可调范围为45.04 kN (10,125 lbf)～4.56 kN (1025 lbf)

下降级推进系统推进剂: N2O4/航空肼50 (不对称二甲肼/联氨)

DPS pressurant: 1个22 kg超临界氦罐，罐压10.72 kPa.

发动机比冲: 3050 N·s/kg

Descent stage delta V: 2,470 m/s (8,100 ft/s)

电池: 4套400 A·h银锌电池

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