地球就是一座「監獄」,人類如何才能成功「越獄」到達火星?
從某種意義上講,我們人類就是地球上的囚犯。宇宙向我們展示了浩瀚的星空,卻嘲笑我們無法企及。但是,如果人類想要在未來繼續發展,我們必須要越獄!但我們最初是因為什麼被困在這裡的呢?原來宇宙是我們的債主,我們欠了45億年的債!
宇宙中一切有質量的東西都會相互吸引,我們稱其為引力。離質量大的物體越近,引力就越大。正因為如此,我們被困在了地球上,我們可以把這個看作是被困在重力鑒於或引力井中,當然不是真正的井,只是方便理解。
成為重力監獄的囚犯意味著你欠下了重力勢能,但為什麼你會欠下能量呢?
因為在宇宙中,所有物體都不願改變速度或方向,如果要它們移動,就需要消耗能量。數十億年前,無數繞太陽公轉的塵埃顆粒在引力的作用下,聚集在一起成為一個星球,這個過程消耗了能量,形成現在我們所處的重力井。
在重力井中的位置越深,欠下的能量就越多。如果無法獲取足夠的能量,無論如何都無法離開那裡,因為組成你的原子曾是塵埃的一部分,宇宙曾為這些塵埃消耗過能量。
總的來說,宇宙中的物體不喜歡移動,必須要消耗能量才能使它們移動,引力消耗能量使塵埃聚集到一起成為地球,這個過程中形成的重力監獄把我們困在其中,要逃離引力井,就需要償還能量。
那麼我們應該怎麼做呢?
為了進入太空,我們需要經歷複雜的能量交換過程,為此我們製造了負能量償還機器,這個機器有個無聊的名字:火箭。
運行火箭使用的是人類所知的一些最活躍的化學反應,讓燃料在可控的情況下爆炸,將化學能轉化為動能,反應產生的廢氣向外排放,將火箭推離地球。通過大量能量的消耗,增加了我們的重力勢能,簡單來說,即我們正在向引力償還欠下的能量!
但現實比這複雜的多。在為了進入軌道而燃燒燃料時,熱量,廢氣和大氣阻力上消耗了大量能量,因此實際上需要更多能量,同時不能直接把大量易爆的危險燃料放在火箭艙內並引爆,而是需要有效控制燃料的燃燒,這非常複雜,而且會使火箭變重,也就是說火箭的質量更大,而物體質量越大,運動所需的能量就越多,也就需要更多的燃料來發射火箭,而更多的燃料需要更大的空間,於是需要更多火箭,從而陷入死循環!最後,發射火箭所需燃料的質量會比火箭荷載量高接近一百倍。
比如,阿麗亞娜6型火箭,歐洲火箭,重800噸,理論上能帶十噸荷載進入地球同步轉移軌道,或者帶20噸荷載進入中地球軌道。但一枚火箭產生的推力有限,因此,若荷載重量超過上限,火箭就無法發射,所以不能無限制地增加燃料。
這就是火箭方程式的苛刻之處,這也意味著,太空飛行很困難。更糟糕的是,進入了太空還不夠,你還是被困在太空邊緣的重力監獄中,會墜回到地球。
留在太空比去往太空難得多,為了達到穩定位置停留一段時間,火箭需要達到近地軌道,這需要大量動能,即非常快的飛行速度。在十萬米高空,每秒速度達8千米,每小時2.8萬千米,可以在90分鐘內繞地球一圈。
當然我們可以耍點小把戲,斜著飛而不是直接向上飛。
我們都知道,地球是一個球體,所以如果向側面飛的速度足夠快,即使向地球方向墜落,離地面也還很遠。所以只要在大氣層之上大約十萬米高,就能夠留在軌道中。
國際空間站就是這麼做的,在向地球側面墜落的過程中,不時使用能量保持一定的速度如果我們按比例觀察軌道,我們可以看到近地軌道離地球非常近。
部署衛星,或者去往別的星球,需要新一輪的能量債務償還。進入軌道是目前太空飛行最艱難的一步。例如,如果我們想要向火星發射火箭,僅僅進入軌道就需要消耗一半能量,另一半能量用來完成到火星5500萬公里的飛行距離。
因此,為了儘可能提高效率,我們建造的不是整體式火箭,而是多級火箭,燃料罐耗盡後會被拋棄。隨著火箭的上升,火箭與助推器和主題部分分離,確保每一個階段火箭都處於滿倉狀態,使用各階段專屬的引擎和燃料!
這就是為什麼去往太空很困難。如果你覺得這些看起來都十分複雜,不用擔心,這本來就很難理解,也不是常人能夠理解完成的事情,也能夠進一步解釋,美國計劃載人登錄火星這麼長時間以來,遲遲沒能開始行動,資金或許不是最主要的,逃離地球的引力井,然後是5500萬公里的漫長旅行(需要大約半年時間),進入火星軌道,登陸火星,然後逃離火星的引力井,再次經歷5500萬公里的旅途,進入地球軌道,返回地球,期間任何一個環節出現問題都將是致命的!
謝謝邀請,人類必須解決飛行器,現在的飛行器速度大慢,飛行器速度要超過光速才行。二,解決人的不死問題,只有不死人才能出去,三,解決吃飯問題,人類要從外面直接吸收能量,才能出去,四,了解外面宇宙問題,我們現在理論不利於人類發展,很多是不對的,人只是井底之蛙。
看看火星表面我們就知道了,火星是一座更殘酷的監獄,歷史上用來關押宇宙的重犯,而地球關押的是普通犯,更多的我們不可見的暗物質形成了一張巨大的引力網,也就是我們認為的宇宙大屏障,人類無論如何都很難逃離暗物質形成的引力網
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