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地球直徑如果增加50%會怎樣?無法造出能去太空的火箭

天文航天|2017-7-24 17:00

來源:新浪網|11469人參與|0評論

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地球直徑如果增加50%會怎樣?無法造出能去太空的火箭

  根據計算,如果地球直徑增大50%(同時保持相同的密度),我們就無法進行太空冒險,至少是無法用火箭來進行運輸了。

  北京時間7月24日,據國外媒體報道,對許多人來說,尼爾·阿姆斯特朗所說的登上月球表面的“一小步”,是毫無疑問的人類“偉大跨越”;而美國航空航天局(NASA)宇航員、化學工程師,同時也是一位博學家的唐納德·佩蒂特(Donald Pettit)則不這么看,他認為人類的偉大跨越其實就發生在距離地球更近的地方。

  “人類的偉大跨越并不是在月球上的第一步,而在于到達地球軌道,”佩蒂特在2012年這樣寫道。邁向太空的這第一步,即到達距離地球約400千米的地球軌道,所需的總能量是到達火星所需能量的一半。而從地球軌道到月球之間的任何目的地,所需的能量與到達地球軌道比起來,都只是一小部分。之所以如此,正是由于地球重力的巨大量級。可以說,總成本上如果少花一美元,地球就將把火箭或飛船重新“收回”地面,過程顯然不會太溫柔。

  地球的重力影響之大,使得目前火箭重量的80%到90%都由推進燃料組成,唯有如此才能將火箭送上太空。佩蒂特稱,這意味著坐在火箭頂端其實比坐在一桶汽油上面更加危險。與此同時,火箭上留給食物、計算機、科學實驗設備和宇航員的空間也變得很有限。

  盡管有這些不盡如意的地方,但我們其實應該感到慶幸。“如果我們的地球半徑變大,可能就會有一個臨界點,使我們無法建造出能逃脫地球束縛的火箭,”佩蒂特說道。利用齊奧爾科夫斯基火箭方程,他計算出了這個臨界點。

  讓我們假設建造一枚推進燃料占總重量達到96%的火箭,并選擇已知能效最高,也經常使用的氫-氧化學燃料。將相關數值填入火箭方程中,我們可以把逃逸速度的計算結果轉變成行星半徑,從而得出臨界點時的半徑大約為9680千米。地球半徑是6670千米,也就是說,在現有的技術條件下,如果地球直徑增大50%(同時保持相同的密度),我們就無法進行太空冒險,至少是無法用火箭來進行運輸了。

  佩蒂特的思想實驗強調了幾個關鍵問題。首先,盡管火箭作為人類向外太空的運輸工具發展得很成功,但悲哀的是,它們的效率其實低得驚人。如果可能,我們必須找到突破地球重力束縛的新技術。一些科幻小說已經提出了許多方法,但幾乎都沒有被實際測試過,甚至都沒有具體的闡述。

  其次,在月球上建立一個發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%。地球上的火箭發射會發出可怕的轟鳴聲,但在月球上,同樣的發射或許會顯得沉悶得多。雖然在月球上建立發射基地看起來還很遙遠,但隨著3D打印技術和材料科學的發展,這一設想將變得越來越清晰。畢竟,要實現這一切,我們還需要從月球本身或附近的彗星、小行星等天體上獲取大部分的原材料。又或者,我們可以只把月球當作一個“加氣站”,將月球上存儲的水冰轉化成氫-氧燃料。

  用佩蒂特的話來說,現在的地球依然像暴君一樣束縛著人類。盡管人類突破地球重力的時間還非常短暫,但未來我們獲得真正自由的可能還是存在的。

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