科学现场调查：火星探测车拍摄到火星奇迹, 蓝色的日落, 科学家作出解释

admin 科学现场调查 2017-08-16 13:20:57 火箭地球月球佩蒂特燃料

　　据国外媒体报道，对许多人来说，尼尔·阿姆斯特朗所说的登上月球表面的“一小步”，是毫无疑问的人类“伟大跨越”；而美国航空航天局（NASA）宇航员、化学工程师，同时也是一位博学家的唐纳德·佩蒂特（Donald Pettit）则不这么看，他认为人类的伟大跨越其实就发生在距离地球更近的地方。

　　“人类的伟大跨越并不是在月球上的第一步，而在于到达地球轨道，”佩蒂特在2012年这样写道。迈向太空的这第一步，即到达距离地球约400千米的地球轨道，所需的总能量是到达火星所需能量的一半。而从地球轨道到月球之间的任何目的地，所需的能量与到达地球轨道比起来，都只是一小部分。之所以如此，正是由于地球重力的巨大量级。可以说，总成本上如果少花一美元，地球就将把火箭或飞船重新“收回”地面，过程显然不会太温柔。

　　地球的重力影响之大，使得目前火箭重量的80%到90%都由推进燃料组成，唯有如此才能将火箭送上太空。佩蒂特称，这意味着坐在火箭顶端其实比坐在一桶汽油上面更加危险。与此同时，火箭上留给食物、计算机、科学实验设备和宇航员的空间也变得很有限。

　　尽管有这些不尽如意的地方，但我们其实应该感到庆幸。“如果我们的地球半径变大，可能就会有一个临界点，使我们无法建造出能逃脱地球束缚的火箭，”佩蒂特说道。利用齐奥尔科夫斯基火箭方程，他计算出了这个临界点。

　　让我们假设建造一枚推进燃料占总重量达到96%的火箭，并选择已知能效最高，也经常使用的氢-氧化学燃料。将相关数值填入火箭方程中，我们可以把逃逸速度的计算结果转变成行星半径，从而得出临界点时的半径大约为9680千米。地球半径是6670千米，也就是说，在现有的技术条件下，如果地球直径增大50%（同时保持相同的密度），我们就无法进行太空冒险，至少是无法用火箭来进行运输了。

　　佩蒂特的思想实验强调了几个关键问题。首先，尽管火箭作为人类向外太空的运输工具发展得很成功，但悲哀的是，它们的效率其实低得惊人。如果可能，我们必须找到突破地球重力束缚的新技术。一些科幻小说已经提出了许多方法，但几乎都没有被实际测试过，甚至都没有具体的阐述。

　　其次，在月球上建立一个发射基地似乎要更可行得多。月球的逃逸速度只有地球的21.3%。地球上的火箭发射会发出可怕的轰鸣声，但在月球上，同样的发射或许会显得沉闷得多。虽然在月球上建立发射基地看起来还很遥远，但随着3D打印技术和材料科学的发展，这一设想将变得越来越清晰。毕竟，要实现这一切，我们还需要从月球本身或附近的彗星、小行星等天体上获取大部分的原材料。又或者，我们可以只把月球当作一个“加气站”，将月球上存储的水冰转化成氢-氧燃料。

　　用佩蒂特的话来说，现在的地球依然像暴君一样束缚着人类。尽管人类突破地球重力的时间还非常短暂，但未来我们获得真正自由的可能还是存在的。