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地球直径如果增加50%会怎样?无法造出能去太空的火箭

天文航天|2017-7-24 17:00

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地球直径如果增加50%会怎样?无法造出能去太空的火箭

  根据计算,如果地球直径增大50%(同时保持相同的密度),我们就无法进行太空冒险,至少是无法用火箭来进行运输了。

  北京时间7月24日,据国外媒体报道,对许多人来说,尼尔·阿姆斯特朗所说的登上月球表面的“一小步”,是毫无疑问的人类“伟大跨越”;而美国航空航天局(NASA)宇航员、化学工程师,同时也是一位博学家的唐纳德·佩蒂特(Donald Pettit)则不这么看,他认为人类的伟大跨越其实就发生在距离地球更近的地方。

  “人类的伟大跨越并不是在月球上的第一步,而在于到达地球轨道,”佩蒂特在2012年这样写道。迈向太空的这第一步,即到达距离地球约400千米的地球轨道,所需的总能量是到达火星所需能量的一半。而从地球轨道到月球之间的任何目的地,所需的能量与到达地球轨道比起来,都只是一小部分。之所以如此,正是由于地球重力的巨大量级??梢运?,总成本上如果少花一美元,地球就将把火箭或飞船重新“收回”地面,过程显然不会太温柔。

  地球的重力影响之大,使得目前火箭重量的80%到90%都由推进燃料组成,唯有如此才能将火箭送上太空。佩蒂特称,这意味着坐在火箭顶端其实比坐在一桶汽油上面更加危险。与此同时,火箭上留给食物、计算机、科学实验设备和宇航员的空间也变得很有限。

  尽管有这些不尽如意的地方,但我们其实应该感到庆幸?!叭绻颐堑牡厍虬刖侗浯?,可能就会有一个临界点,使我们无法建造出能逃脱地球束缚的火箭,”佩蒂特说道。利用齐奥尔科夫斯基火箭方程,他计算出了这个临界点。

  让我们假设建造一枚推进燃料占总重量达到96%的火箭,并选择已知能效最高,也经常使用的氢-氧化学燃料。将相关数值填入火箭方程中,我们可以把逃逸速度的计算结果转变成行星半径,从而得出临界点时的半径大约为9680千米。地球半径是6670千米,也就是说,在现有的技术条件下,如果地球直径增大50%(同时保持相同的密度),我们就无法进行太空冒险,至少是无法用火箭来进行运输了。

  佩蒂特的思想实验强调了几个关键问题。首先,尽管火箭作为人类向外太空的运输工具发展得很成功,但悲哀的是,它们的效率其实低得惊人。如果可能,我们必须找到突破地球重力束缚的新技术。一些科幻小说已经提出了许多方法,但几乎都没有被实际测试过,甚至都没有具体的阐述。

  其次,在月球上建立一个发射基地似乎要更可行得多。月球的逃逸速度只有地球的21.3%。地球上的火箭发射会发出可怕的轰鸣声,但在月球上,同样的发射或许会显得沉闷得多。虽然在月球上建立发射基地看起来还很遥远,但随着3D打印技术和材料科学的发展,这一设想将变得越来越清晰。毕竟,要实现这一切,我们还需要从月球本身或附近的彗星、小行星等天体上获取大部分的原材料。又或者,我们可以只把月球当作一个“加气站”,将月球上存储的水冰转化成氢-氧燃料。

  用佩蒂特的话来说,现在的地球依然像暴君一样束缚着人类。尽管人类突破地球重力的时间还非常短暂,但未来我们获得真正自由的可能还是存在的。

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