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为什么巴望回来地球的航天器总是很难穿过大气层

2019-11-15 14:09:38  阅读:6330 来源: 责任编辑:责任编辑NO。谢兰花0258

让航天器敏捷穿透大气层是一件简单做到的作业,它会像流星相同焚烧起来,可是问题是咱们应该让航天器渐渐地穿透大气层。尽管理论上这也能做到的,可是假如用的是一般火箭,则即将耗费许多燃料。咱们也可以用空气制动来完结,包含用轨迹飞艇惊人地缓慢地重返大气层。在不久的将来,还或许有一些其他的办法,比方太空电梯,或许旋转“天钩”。

为了了解一般火箭为何难以穿透大气层,这里有一个关于轨迹的风趣的常识。假如你能往大气层上方扔一个球,重力仍然会像地球上相同把它拉下来。假如你把它扔得满足快,它会在碰击地球之前就现已超出地平线,而地球的引力会持续把它拉成曲线,直到它回到起点。这便是怎么回事像国际空间站这样的卫星能一向坚持在轨迹上,也便是为什么这常常被称为自由落体。

假如要在轨迹上掠过地球大气层,航天器有必要至少以每秒7.8公里的速度飞翔,即大约每小时17500英里。而地球连同它的大气层,时时刻刻以每小时1000英里的速度向东旋转。所以咱们咱们可以让宇宙飞船绕地球旋转的同一方历来运转,以此来下降回归速度。不过,这仅仅帮了一个很小的忙,宇宙飞船仍是得以每小时16500英里的速度相关于咱们的大气层飞翔,才干一向坚持在轨迹上。

若航天器在掠过大气层时,以低于这个速度的速度飞翔,哪怕是小小的速度差,比方每小时几百英里,它都会在完结设定轨迹之前落回地球。此刻航天器将会以每小时数千英里的速度碰击大气层,并像一颗火热的火球相同穿透大气层。此刻航天器需求依托外壳来免受高温的损伤。

比方2015年12月11日,联盟TMA17M航天器在416.7公里高度的近地轨迹绕行,后改动速度,以每秒128米或每小时286英里的速度回归地球。

但咱们就不能像登月舱飞翔员在月球外表回旋扭转相同在大气层上空回旋扭转吗?你或许还记得阿波罗11号登月舱在着陆时简直耗尽燃料,由于航天器的核算体系把它们带到一个满是陨石坑的陡坡上,那里有许多如轿车巨细一般的岩石。

当尼尔·阿姆斯特朗在叙述他的着陆时,他说他经过人工操作,像“直升机相同”地飞向西方,去寻觅一个好的着陆点。在月球引力很弱的情况下,火箭推力足以完结这个使命。而在地球较重的引力作用下,做这样的回旋扭转将需求许多的燃料。所需燃料的量非常大,以至于当飞船充溢这些燃料时,需求做到简直和你在电视上看到的那些将飞船送入轨迹的火箭的尺度相同大!实在是太大了!

但假如能运用高功率密度的燃料,比方反物质,一种能把物质直接转化为能量的燃料,或许是核聚变的燃料,问题就很简单处理。航天器只需求不断地以1g来坚持它减速时的方位,就可以如所期望的那样缓慢或快速地降落到地上。

但咱们还没有这样的燃料。那还有其他办法吗?

太空电梯

咱们咱们可以用太空电梯把宇宙飞船缓慢地降落到大气层。这是一个巨大的升力,它的顶部离咱们的大气层很远,乃至超出了地球的停止轨迹,而尾部在赤道方位的地上。它由一个在地球停止轨迹上方的平衡物固定并拉紧。这段视频介绍了它的作业原理,而且在视频最初对轨迹的常识进行了回忆。

航天器可以在地球的停止轨迹进行对接,这很简单做到,只需保证飞翔器飞翔的方向与地球旋转的方向共同,飞翔器便可以在地球上的同一点上一向坚持停止,而且相关于电梯的顶部坚持停止,它就可以像国际空间站那样渐渐停靠。

一旦做到了这一点,就可以脱离飞船,或许把飞船连接到电梯上,然后以200英里每小时的速度,或许觉得舒适和安全的任何速度,渐渐地沿着电梯向下走,直到抵达地球外表。在下降的过程中,将会感觉到重力从零重力逐步增加到全重力。

阿瑟·C·克拉克的科幻小说《天堂的喷泉》正是根据这一理念。

太空电梯是一个巨大的工程建设项目,在制作之前要处理许多问题。不过,当时存在的一个问题是它的制作资料。这个工程要求电缆可以接受数千公里的间隔带来的改变。但是现在的资料,比方Kevlar和稍强的Zylon,只能支撑几百公里。实验室制备的碳纳米管关于太空电梯来说满足巩固,但实际上,当被制成更大的电缆时,会由于一些缺点导致它们的作用比Kevlar还弱。尽管使用Kevlar或Zylon在重力较弱的月球上制作太空电梯是或许完结的,但在地球上是不或许的。今后咱们再对此进行具体介绍,一起也讨论其他的办法。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. forbes- Sheryll

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