首先我们先明确一下翱翔的目的地——太空
太空与地球大气层并没有明确的界线,因为大气随着海拔增加是逐渐变薄的。而外空或太空指的是地球大气层之外的虚空区域(约800KM以外)。
地球的大气层
图片来源:维基百科
那么我么如何到达那么遥远的地方呢?首先我们得先计算一下:
若要执行一个轨道,航天器必须飞得比在次轨道飞行器更快。太空航具必须要有足够的水平速度才能进入轨道,也就是重力加诸于我们的飞行器的加速度必须小于由水平运动产生的向心加速度。这样我们的飞行器就可以摆脱重力的束缚,到更高的轨道上运行,并逐渐进入太空。
以我们地球的重力场为例:我们的飞船要在地球上发射并要作圆周运动,必须始终有一个力作用在航天器上。其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径,即
在这里,正好可以利用地球的引力,在合适的轨道半径和速度下,地球对物体的引力,正好等于物体作圆周运动的向心力。即:
那么考虑到稠密大气导致的摩擦损耗,所以遨游太空需要消耗更多能量,难道我要背起我家并没有的矿山带你去飞吗?仿佛一切已经失去了可能?
梦想已随梦去,往事托给故人 ENDING......
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继续往下看,也许就会发现未来可期——
目前来看,驰骋太空的重要一步就是如何不携带任何能源,仅仅依靠太阳光就能让我们的飞船实现高速飞行。
不给马儿(飞船)吃草(能量),又让飞船快跑这似乎是一个悖论。
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这让我想起了一个人,他说过两句狠话。
第一句是:
地球是人类的摇篮,但人类不可能永远生活在摇篮中。
第二句是:
人类现在还软弱,但已经改造了地球表面。几百万年以后他们可以改变地球表面、海洋和大气。他们要像控制地球一样控制气候和太阳系。他们会穿越我们的星系,他们会到达其他太阳那里寻找新的能源来代替我们已经老化的太阳。
看来我们的幻想还是有可能实现的,因为说这个话的人也不是胡说的,他就是俄罗斯和苏联的火箭专家和宇航先驱——康斯坦丁·埃杜阿尔多维奇·齐奥尔科夫斯基(以下简称斯基)。
Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky
斯基先生有一个设想:用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度。
(前文已将第一宇宙速度算出,剩下的第二宇宙速度也叫地球的“脱离速度”,是指在地球上发射的物体飞离地球所需的最小初始速度。将无穷远处的物体的势能记为0,则距离地心为r的地方,势能为 -GMm/r,那么在地表的待发射的物体势能为 -GMm/R。若要脱离地球的引力圈(即逃离地球),相当于要给该物体一定的动能来抵消它在地球表面的重力势能-GMm/R,恰好完全抵消时,即是逃离地球所需最小的速度:
第三宇宙速度是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系所需的最小初始速度。本来,在地球轨道上,要脱离太阳引力所需的初始速度为42.1公里/秒,但地球绕太阳公转时令地面所有物体已具有29.8公里/秒的初始速度,故此若沿地球公转方向发射,只需在脱离地球引力以外额外再加上12.3公里/秒的速度。计算公式如下:
由此得知所需速度为:
为此我们的斯基先生提出了“ 太阳帆” 的设想:
太阳帆的概念图
图片来源:http://ask.kedo.gov.cn/c/2015-07-12/746952.shtml
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