Earth Escape Plan: Phau Ntawv Qhia luv luv rau Tawm ntawm Orbit

2024 Tus sau: Seth Attwood | [email protected]. Kawg hloov kho: 2023-12-16 16:06

Tsis ntev los no ntawm Habre tau muaj xov xwm hais txog kev npaj tsim lub elevator qhov chaw. Rau ntau tus, nws zoo li ib yam dab tsi zoo heev thiab zoo kawg, zoo li lub nplhaib loj los ntawm Halo lossis Dyson sphere. Tab sis lub neej yav tom ntej yog ze dua li qhov zoo li, ib txoj kev mus rau saum ntuj yog qhov ua tau, thiab tej zaum peb yuav pom nws hauv peb lub neej.

Tam sim no kuv yuav sim qhia tias vim li cas peb tsis tuaj yeem mus yuav daim pib Lub Ntiaj Teb-Lub hli ntawm tus nqi ntawm daim pib Moscow-Peter, lub elevator yuav pab peb li cas thiab nws yuav tuav li cas thiaj li tsis mus rau hauv av.

Txij thaum pib ntawm txoj kev loj hlob ntawm rocketry, roj yog mob taub hau rau engineers. Txawm tias nyob rau hauv lub siab tshaj plaws rockets, roj occupies txog 98% ntawm lub nkoj loj.

Yog hais tias peb xav muab cov astronauts nyob rau hauv lub ISS ib lub hnab ntawm gingerbread hnyav 1 kilogram, ces qhov no yuav xav tau, roughly hais lus, 100 kilograms ntawm foob pob ua ntxaij roj. Lub tsheb tso tawm yog pov tseg thiab yuav rov qab los rau lub ntiaj teb tsuas yog nyob rau hauv daim ntawv ntawm cov khib nyiab hlawv. Cov gingerbread kim heev tau txais. Qhov loj ntawm lub nkoj yog txwv, uas txhais tau hais tias lub payload rau ib lub community launch yog nruj me ntsis txwv. Thiab txhua qhov kev tso tawm tuaj ntawm tus nqi.

Yuav ua li cas yog tias peb xav ya mus rau qhov chaw tshaj qhov ze-lub ntiaj teb orbit?

Cov kws tshaj lij los ntawm thoob plaws lub ntiaj teb tau zaum thiab pib xav tias: yuav ua li cas lub nkoj yuav tsum zoo li thiaj li yuav siv tau ntau dua thiab ya mus ntxiv?

Lub foob pob hluav taws yuav ya mus qhov twg?

Thaum cov engineers tab tom xav, lawv cov menyuam pom cov ntsev thiab cov duab los qhia qhov chaw thiab pib ua cov khoom ua si foob pob hluav taws. Cov cuaj luaj li no tsis ncav cuag lub ru tsev ntawm cov tsev siab, tab sis cov me nyuam zoo siab. Tom qab ntawd qhov kev xav zoo tshaj plaws tuaj rau hauv lub siab: "cia peb thawb ntau ntsev rau hauv lub foob pob hluav taws, thiab nws yuav ya siab dua."

Tab sis lub foob pob hluav taws tsis ya siab dua, vim nws hnyav dhau lawm. Nws txawm sawv tsis tau saum huab cua. Tom qab qee qhov kev sim, cov menyuam yaus pom qhov zoo tshaj plaws ntawm saltpeter uas lub foob pob hluav taws ya siab tshaj plaws. Yog tias koj ntxiv roj ntau, qhov loj ntawm lub foob pob hluav taws rub nws. Yog tias tsawg dua - roj xaus ua ntej.

Cov engineers kuj tau pom sai sai tias yog tias peb xav ntxiv roj ntxiv, ces lub zog traction yuav tsum ntau dua. Muaj ob peb txoj hauv kev los ua kom lub davhlau ntau:

• nce cav efficiency kom cov roj poob tsawg tsawg (Laval nozzle)
• nce qhov tshwj xeeb impulse ntawm cov roj kom lub zog thrust ntau dua rau tib lub roj loj

Txawm hais tias cov engineers niaj hnub mus rau pem hauv ntej, yuav luag tag nrho cov khoom ntawm lub nkoj tau coj los ntawm roj. Txij li thaum ntxiv roj, koj xav xa ib yam dab tsi pab tau rau hauv qhov chaw, tag nrho txoj kev ntawm lub foob pob ua ntxaij yog ua tib zoo xam, thiab qhov tsawg kawg nkaus yog muab tso rau hauv lub foob pob ua ntxaij. Nyob rau tib lub sijhawm, lawv nquag siv cov kev pabcuam gravitational ntawm lub cev xilethi-aus thiab lub zog centrifugal. Tom qab ua tiav lub luag haujlwm, cov kws tshawb fawb tsis hais tias: "Cov txiv neej, tseem muaj roj me me hauv lub tank, cia peb ya mus rau Venus."

Tab sis yuav ua li cas txiav txim siab seb yuav tsum tau siv roj npaum li cas thiaj li tsis txhob poob rau hauv dej hiav txwv nrog lub tank khoob, tab sis ya mus rau Mars?

Qhov chaw thib ob ceev

Cov menyuam yaus kuj sim ua kom lub foob pob hluav taws ya siab dua. Lawv txawm tau tuav phau ntawv kawm ntawm aerodynamics, nyeem txog Navier-Stokes equations, tab sis tsis to taub dab tsi thiab tsuas txuas lub qhov ntswg ntse rau lub foob pob ua ntxaij.

Lawv tus txiv neej laus uas paub Hottabych hla dhau los thiab nug tias cov txiv neej tau tu siab li cas.

-Eh, yawg, yog tias peb muaj lub foob pob hluav taws uas muaj roj tsis kawg thiab qhov hnyav tsawg, tej zaum nws yuav tau ya mus rau lub skyscraper, lossis txawm mus rau saum toj kawg nkaus.

- Tsis muaj teeb meem, Kostya-ibn-Eduard, - Hottabych teb, rub tawm cov plaub hau kawg, - cia lub foob pob hluav taws no tsis muaj roj.

Cov menyuam yaus zoo siab tau tso lub foob pob hluav taws thiab tos kom nws rov qab los rau hauv ntiaj teb. Lub foob pob hluav taws tau ya mus rau saum lub skyscraper thiab mus rau saum lub roob, tab sis tsis nres thiab ya mus ntxiv kom txog thaum nws ploj ntawm qhov pom. Yog tias koj saib mus rau yav tom ntej, lub foob pob hluav taws no tawm hauv lub ntiaj teb, ya tawm ntawm lub hnub ci, peb lub galaxy thiab ya ntawm sublight ceev kom kov yeej lub ntiaj teb loj heev.

Cov menyuam yaus xav paub seb lawv lub foob pob hluav taws me me tuaj yeem ya mus deb npaum li cas. Tom qab tag nrho, nyob rau hauv tsev kawm ntawv lawv hais tias nyob rau hauv thiaj li yuav tsis poob rov qab mus rau lub ntiaj teb, qhov ceev yuav tsum tsis muaj tsawg tshaj li qhov thib ob cosmic ceev (11, 2 km / s). Lawv lub foob pob hluav taws me puas tuaj yeem ncav cuag qhov nrawm?

Tab sis lawv cov niam txiv engineering tau piav qhia tias yog lub foob pob hluav taws muaj cov roj tsis kawg, ces nws tuaj yeem ya mus nyob qhov twg yog tias lub zog loj dua lub zog gravitational thiab kev sib txhuam. Txij li thaum lub foob pob hluav taws muaj peev xwm tshem tawm, lub zog thrust yog txaus, thiab hauv qhov chaw qhib nws yooj yim dua.

Qhov thib ob cosmic ceev tsis yog qhov ceev uas lub foob pob hluav taws yuav tsum muaj. Qhov no yog qhov ceev uas lub pob yuav tsum tau muab pov tseg los ntawm qhov chaw hauv av kom tsis txhob rov qab mus rau nws. Lub foob pob hluav taws, tsis zoo li lub pob, muaj lub cav. Rau nws, nws tsis yog ceev uas tseem ceeb, tab sis tag nrho impulse.

Qhov nyuaj tshaj plaws rau lub foob pob hluav taws yog kov yeej thawj ntu ntawm txoj kev. Ua ntej, lub ntiajteb txawj nqus muaj zog dua. Qhov thib ob, lub ntiaj teb muaj huab cua ntom ntom uas nws kub heev los ya ntawm qhov nrawm. Thiab lub dav hlau foob pob hluav taws ua haujlwm tsis zoo hauv nws dua li hauv lub tshuab nqus tsev. Yog li ntawd, lawv ya tam sim no ntawm ntau lub foob pob hluav taws: thawj theem sai sai siv nws cov roj thiab sib cais, thiab lub nkoj sib sib zog nqus ya mus rau lwm lub cav.

Konstantin Tsiolkovsky tau xav txog qhov teeb meem no ntev, thiab tsim lub elevator qhov chaw (rov qab rau xyoo 1895). Ces, ntawm chav kawm, lawv luag rau nws. Txawm li cas los xij, lawv luag rau nws vim lub foob pob hluav taws, thiab lub satellite, thiab cov chaw nres tsheb orbital, thiab feem ntau xav tias nws tawm ntawm lub ntiaj teb no: "Peb tseem tsis tau tsim tsheb tag nrho ntawm no, tab sis nws mus rau hauv qhov chaw."

Tom qab ntawd cov kws tshawb fawb xav txog nws thiab nkag mus rau hauv nws, lub foob pob hluav taws tau ya mus, tso lub satellite, tsim cov chaw nres tsheb orbital, uas tib neeg tau nyob. Tsis muaj leej twg luag ntawm Tsiolkovsky lawm; ntawm qhov tsis sib xws, nws muaj kev hwm heev. Thiab thaum lawv nrhiav tau super-muaj zog graphene nanotubes, lawv xav txog qhov "stairway rau saum ntuj ceeb tsheej."

Vim li cas cov satellites tsis poob?

Txhua tus paub txog lub zog centrifugal. Yog tias koj nrawm nrawm lub pob ntawm txoj hlua, nws tsis poob rau hauv av. Cia peb sim tig lub pob kom sai, thiab tom qab ntawd maj mam ua kom qeeb ntawm kev sib hloov ceev. Qee lub sij hawm nws yuav tsum tsis txhob tig thiab poob. Qhov no yuav yog qhov tsawg kawg nkaus ceev ntawm lub zog centrifugal yuav counterbalance lub ntiaj teb lub ntiajteb txawj nqus. Yog tias koj tig lub pob nrawm dua, txoj hlua yuav ncab ntau dua (thiab qee lub sijhawm nws yuav tawg).

Kuj tseem muaj "txoj hlua" nruab nrab ntawm lub ntiaj teb thiab cov satellites - lub ntiajteb txawj nqus. Tab sis tsis zoo li ib txoj hlua li niaj zaus, nws tsis tuaj yeem rub tau. Yog tias koj "kiv" lub satellite sai tshaj qhov tsim nyog, nws yuav "tawm" (thiab mus rau hauv lub voj voog elliptical, lossis txawm ya mus). Qhov ze ntawm lub satellite yog nyob rau saum npoo ntawm lub ntiaj teb, qhov ceev nws yuav tsum tau "tig". Lub pob ntawm txoj hlua luv kuj tig nrawm dua li ntawm txoj hlua ntev.

Nws yog ib qho tseem ceeb uas yuav tsum nco ntsoov tias lub orbital (linear) ceev ntawm lub satellite tsis yog qhov ceev ntawm lub ntiaj teb nto. Yog hais tias nws tau sau tias lub orbital ceev ntawm ib tug satellite yog 3.07 km / s, qhov no tsis txhais hais tias nws yog hovering tshaj saum npoo zoo li npau taws. Lub orbital ceev ntawm cov ntsiab lus nyob rau hauv txoj kab nruab nrab ntawm lub ntiaj teb, los ntawm txoj kev, yog 465 m / s (lub ntiaj teb rotates, raws li cov tawv ncauj Galileo thov).

Qhov tseeb, rau ib lub pob ntawm ib txoj hlua thiab rau lub satellite, tsis yog linear velocities yog xam, tab sis angular velocities (peb lub kiv puag ncig ib ob lub cev ua).

Nws hloov tawm hais tias yog tias koj pom lub orbit xws li lub angular tshaj tawm ntawm lub satellite thiab lub ntiaj teb saum npoo coincide, lub satellite yuav dai hla ib qho ntawm qhov chaw. Xws li lub orbit tau pom, thiab nws yog hu ua geostationary orbit (GSO). Cov satellites dai motionless hla txoj kab nruab nrab, thiab tib neeg tsis tas yuav tig lawv daim phiaj thiab "catch the signal".

Taum qia

Tab sis yuav ua li cas yog tias koj txo txoj hlua los ntawm lub satellite mus rau hauv av, vim nws dai hla ib qho taw tes? Txuas lub thauj khoom mus rau lwm qhov kawg ntawm lub satellite, lub zog centrifugal yuav nce thiab yuav tuav ob lub satellite thiab hlua. Tom qab tag nrho, lub pob tsis poob yog tias koj tig nws zoo. Tom qab ntawd nws yuav ua tau kom nqa cov khoom raws txoj hlua no ncaj qha mus rau hauv lub voj voog, thiab tsis nco qab, zoo li npau suav phem, ntau lub foob pob hluav taws, devouring roj hauv kilotons ntawm lub peev xwm nqa tsawg.

Qhov ceev ntawm kev txav mus los hauv huab cua ntawm cov khoom thauj yuav me me, uas txhais tau hais tias nws yuav tsis kub, tsis zoo li lub foob pob hluav taws. Thiab tsawg zog yuav tsum tau nce, vim muaj ib tug fulcrum.

Qhov teeb meem tseem ceeb yog qhov hnyav ntawm txoj hlua. Lub geostationary orbit ntawm lub ntiaj teb yog 35 txhiab kilometers deb. Yog hais tias koj ncab ib txoj kab hlau nrog ib txoj kab uas hla ntawm 1 hli mus rau lub geostationary orbit, nws qhov hnyav yuav yog 212 tons (thiab nws yuav tsum tau rub ntau ntxiv kom sib npaug lub nqa nrog lub zog centrifugal). Nyob rau tib lub sijhawm, nws yuav tsum tiv taus nws tus kheej qhov hnyav thiab qhov hnyav ntawm qhov hnyav.

Hmoov zoo, qhov no, ib yam dab tsi pab me ntsis, uas cov kws qhia physics feem ntau thuam cov tub ntxhais kawm: qhov hnyav thiab qhov hnyav yog ob yam sib txawv. Qhov txuas ntxiv ntawm cov kab txuas ntxiv los ntawm qhov chaw ntawm lub ntiaj teb, qhov ntau nws poob hauv qhov hnyav. Txawm hais tias lub zog-rau-qhov hnyav piv ntawm txoj hlua yuav tsum tseem loj heev.

Nrog carbon nanotubes, engineers muaj kev cia siab. Tam sim no qhov no yog ib lub tshuab tshiab, thiab peb tseem tsis tau ntswj cov hlab no rau hauv txoj hlua ntev. Thiab nws tsis tuaj yeem ua tiav lawv qhov kev tsim lub zog siab tshaj plaws. Tab sis leej twg paub yuav muaj dab tsi tshwm sim tom ntej?