¿Por qué salir volando de la Tierra a la primera velocidad cósmica?
Newton publicó la ley de la gravitación universal en "Principios filosóficos de las ciencias naturales" publicado en 1687, que revelaba la interacción de los cuerpos celestes en el universo y el movimiento de caída libre de los objetos en la tierra. la misma verdad!
La fuerza gravitacional entre cuerpos celestes es directamente proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
En el movimiento de caída libre sobre la superficie terrestre, la gravedad del cuerpo que cae es la misma que la de la Tierra. A medida que el objeto cae, la Tierra en realidad se acerca al objeto.
Después de que Newton descubrió la gravedad, también consideró formas de abandonar la Tierra, pero de hecho, ¡nunca pensó que realmente podría dejar la Tierra así en el futuro! Entonces ¿cuál es el método?
El método de Newton para abandonar la tierra en Principios de Filosofía y Ciencia Natural
También parece muy sencillo. ¿No es la tierra una superesfera? Cuando viajamos sobre la superficie, en realidad viajamos en un círculo con un radio de aproximadamente 6370 kilómetros. Pero hasta ahora sólo unos pocos navegantes han completado una circunnavegación y la mayoría sólo ha circunnavegado una parte de este círculo de aproximadamente 40.000 kilómetros.
¿La comprensión simple es? ¿Fuerza centrífuga? Exactamente igual a la gravedad, esta velocidad es de aproximadamente 7,9 km/s en la superficie y 7,8 km/s en la órbita terrestre baja, y cambia con la altitud.
Varios métodos para abandonar la tierra
Aunque Newton encontró una manera de abandonar la tierra, no logró su objetivo durante mucho tiempo, ni siquiera volando, hasta la invención mongola en 1783. ¡Globo aerostático! Quizás pienses diferente. Nosotros, los chinos, inventamos hace mucho tiempo la linterna Kongming con calor creciente, ¡pero desafortunadamente nunca la hemos usado para transportar personas!
Sky Lantern
¿A qué altura puede elevarse un globo aerostático?
El principio de volar en globo aerostático es muy sencillo. Un globo grande que se puede controlar para abrir y cerrar. El combustible en el fondo se calienta y el aire caliente se expande y reduce su densidad, lo que producirá flotabilidad estática en la atmósfera. Cuando la fuerza de flotación estática es mayor que su propia masa, ¡puede elevarse contra la gravedad!
El primer globo aerostático
1862 ¿El meteorólogo James? ¿Gresher y la aerostática Amelia? Rennes, sin oxígeno, ascendió hasta los 9.144 metros, que era la cota máxima en aquel momento. No es que los globos aerostáticos sean incompetentes, sino más bien la tolerancia del cuerpo humano a ambientes con poco oxígeno. Por encima de los 3.000 metros, el contenido de oxígeno desciende a unos 18, lo que hace que la gente se sienta incómoda, y llega a 12 a 5.000 metros.
Los globos (globos de helio) en las modernas y prácticas cámaras de presión pueden alcanzar generalmente unos 40 kilómetros. Por ejemplo, en 2012, el 4 de abril de 2010, Félix se lanzó con éxito en paracaídas a una altitud de 39.045 metros sobre el suelo. ¡Esta altitud es aproximadamente cinco veces la altura de un avión comercial!
¡Pero ni los globos de aire caliente ni los de helio pueden atravesar la atmósfera porque necesitan la atmósfera como medio! Al igual que un globo aerostático, un avión no puede salir de la atmósfera porque sus alas necesitan aire para elevarse, ¡y es difícil moverse una vez que sale de la atmósfera! ¡Y el límite de un avión no es tan bueno como el de un globo!
SR71 de Shuangsan, Mach 3, 30.000 metros
Un cohete que rompe fácilmente las limitaciones de la tierra
Al igual que los globos aerostáticos, el principio de los cohetes tiene Ha sido utilizado durante mucho tiempo por los humanos. Lo encontré. Esta es la nación china que inventó la pólvora negra y la usamos para hacer petardos, ¡también conocidos comúnmente como petardos de dos patadas! Pero obviamente es difícil enviar objetos al espacio, pero ¿Robert? ¡El estatus de Goddard cambió rápidamente después del primer vuelo de prueba exitoso de un cohete líquido el 26 de marzo de 1926!
¿Roberto? Goddard y el primer cohete líquido
Ya en 1919, Tsiolkovsky publicó un artículo "Space Rocket Train" sobre cohetes de múltiples etapas, lanzando el concepto de cohetes de múltiples etapas, teoría y colaboración de herramientas.
¿Fue modificado por los soviéticos con un misil intercontinental P-7 en el sitio de lanzamiento de Baikonur el 4 de junio de 1957? ¿satélite? ¿El primer satélite terrestre artificial del mundo fue lanzado mediante un vehículo de lanzamiento? Putnik 1? ¡La clave para poner en órbita la Chang'e-1!
¿Por qué acelerar el cohete hasta la primera velocidad cósmica y luego salir lentamente?
La teoría del cohete de múltiples etapas de Tsiolkovsky es la clave para entenderla, porque la Tierra tiene una atmósfera espesa (el estándar para el espacio es al menos 100 kilómetros del suelo), y la resistencia es muy alta al volar. ¡Por dentro es grande, por lo que debe estar a esta velocidad al dar vueltas!
Además, existe un requisito muy crítico: el cohete debe ascender a una altura libre de más de 100 km lo antes posible después del despegue. La penetración vertical es obviamente la más corta, pero hay un problema. El combustible para cohetes es limitado. Cuando ascendió verticalmente a 100 km, el combustible ya se había quemado hacía tiempo. No hay velocidad horizontal en este momento, por lo que el cohete volverá a caer a la Tierra después de elevarse con inercia durante un período de tiempo.
La única forma es volar verticalmente fuera de la atmósfera de baja altitud y girar rápidamente en la dirección de rotación de la Tierra. En este momento, la velocidad del cohete se puede sumar a la velocidad de rotación de la Tierra (460 metros/segundo en la región ecuatorial), lo que puede ahorrar mucho combustible. Cuando el cohete supera los 100 kilómetros, la velocidad horizontal puede ser ya de 4 kilómetros por segundo. En este momento, se abandona el peso muerto del cohete de la primera etapa y luego el cohete de la segunda etapa comienza a acelerar hasta cerca de la primera velocidad cósmica. ¡Después de la retransmisión, puede flotar en órbita baja! Si esta órbita no tiene la altitud deseada, se puede abandonar la segunda etapa y se puede iniciar el cohete de la tercera etapa para continuar ascendiendo hasta la órbita deseada.
¿A qué altura puedes subir lentamente para escapar de la gravedad de la tierra?
Si estás en la región ecuatorial, debes subir verticalmente a la órbita geoestacionaria por encima del ecuador, porque se genera cuando la velocidad angular de rotación de la Tierra alcanza una altura de 42164,438 069 km (desde el centro de la tierra)? ¿Fuerza centrífuga? ¡Para luchar contra la gravedad de la tierra aquí! Esta altitud es de unos 35.786 kilómetros sobre el suelo. En este momento, la velocidad lineal de 465 metros por segundo en el ecuador se amplificará a 3,07 kilómetros por segundo, ¡lo suficiente para mantener este objeto en órbita geoestacionaria durante millones de años!
Varios datos orbitales
Nuestros cohetes no pueden ser tan anormales. Por ejemplo, el límite de impulso específico de los cohetes sólidos es 285S, y el impulso específico de los cohetes líquidos de hidrógeno y oxígeno puede alcanzar más de 450S. Sin embargo, estos cohetes están lejos de alcanzar directamente la órbita geoestacionaria. El impulso específico del propulsor de iones es superior a 3000, lo que puede cumplir con los requisitos, pero el empuje es extremadamente pequeño. Hasta ahora sólo se ha utilizado para cambios de órbita de satélites. En el futuro, los propulsores Hall podrán lograr vuelos interestelares, pero sólo podrán confiar en ellos.
El motor de iones del satélite GOCE
El futuro avión espacial
Dijimos anteriormente que el avión necesita la atmósfera como fuente de sustentación, pero esta premisa es que el motor No es potente. Temprano La hélice empuja contra la atmósfera como soporte para el avance. Los motores a reacción posteriores requirieron grandes cantidades de oxígeno para mantener la combustión, pero esto está cambiando rápidamente a medida que los motores tándem serán posibles en el futuro.
Al despegar del suelo, se utiliza un motor turborreactor en lugar de un motor turbofan porque el turborreactor tiene una relación de derivación baja y es adecuado para altas velocidades. Luego, después de una velocidad supersónica de Mach 5-6, se pasa por alto el motor turborreactor, se arranca el motor estatorreactor y luego se enciende el motor cohete hasta que alcanza una gran altitud y sale volando de la atmósfera. Este modo combinado puede ahorrar mucho espacio para transportar el oxidante, porque el cohete viene con su propio oxidante y combustible. ¡Es realmente un desperdicio consumir el oxidante desde el principio!
Así que el modelo más prometedor en el futuro es el avión aeroespacial, porque es una tecnología que los humanos pueden aprender con un poco de esfuerzo, ¡y creo que se hará realidad en un futuro próximo!
Saliendo del ascensor espacial muy lentamente.
El principio es muy sencillo. Hacer una cuerda de unos 100.000 kilómetros, atar un extremo a un punto determinado del ecuador y configurar un contrapeso en el otro extremo para mantenerla en el ecuador.
¿Fuerza centrífuga? Bajo la acción de la tensión, puedes construir un ascensor eléctrico, elevarte lentamente desde esta cuerda hasta una altitud de unos 36.000 kilómetros, y luego podrás deshacerte del ascensor y convertirte en un ascensor que vuela alrededor de la Tierra y no muévete en poco tiempo. ¡Un avión que cae!
Elevator Port Group
Cimiento
De esta manera realmente puedes subir lentamente, ¡sin importar cuán lento sea! Pero esta tecnología se ha topado con un problema muy grande: nunca se han encontrado materiales de tan alta resistencia. Incluso el acero de resistencia ultraalta se rompe por su propio peso al cabo de más de diez kilómetros. Los nanomateriales de carbono pueden ser muy superiores al acero, ¡pero todavía no podemos fabricarlos a escala! En teoría, esta tecnología es ideal porque el ascensor puede funcionar con electricidad e incluso funcionar con células solares montadas en la parte superior del ascensor, utilizando la energía del sol para salir de la Tierra. ¡Es emocionante sólo pensar en ello!