发射火箭非常昂贵。今天,您必须花费 10,000 美元才能将一磅(大约 0.9 磅)送入太空。也就是说,宇航员手中的一个芝士汉堡,运输费要1.6万元。当你想到马斯克派一辆特斯拉上去时,它是如此反复无常。
要了解为什么如今将物品送入太空如此昂贵,您需要了解火箭的基础知识。
火箭本质上是一大管爆炸性推进剂,顶部有一点货物。典型的发射任务是进入 300 英里高的近地轨道。按重量计算,这样的火箭 80% 是推进剂,16% 是火箭本身,不到 4% 是货物。在成本方面,火箭本身很贵,燃料也很便宜。
科学家们已经设想了许多具体的方法来降低进入太空的成本,而马斯克选择可重复使用的火箭是短期内的最佳选择。它们仍然是传统的火箭,但它们并没有像以前那样在发射任务后坠入大海,而是重新降落在地面上。这样做的困难在于,为了很好地着陆,你必须携带一些额外的推进剂,这会降低效率。更重要的是,翻新用过的火箭并不容易。前美国航天飞机被设计成可重复使用的美国回收火箭马斯克,因此,由于翻新成本高昂,它不得不退役。
接下来,我们将介绍一些大的想法。
一.吸气式火箭和航天飞机
今天大多数飞机使用涡扇发动机。风扇将空气吸入内燃机,对其进行压缩、喷射燃料并点燃它。当飞行速度达到音速,也就是1马赫时,涡扇就会出问题。这时就需要在涡扇后面加装再燃装置,给剩余的氧气补充燃料和点火。
当你达到 1.5 马赫时,你必须用冲压式喷气发动机替换系统。在更高的速度下,您必须进一步切换到超燃冲压发动机。该发动机理论上可以适应 25 马赫的轨道速度。
如果我们研制成功吸气式航天飞机,氧化剂携带和飞机回收都将得到解决,进入太空的成本将大幅下降。
二。超级大炮
节省火箭燃料的一种方法是完全不使用燃料,例如将火箭从地面像炮弹一样直接击向天空。当然,这样做需要大量的炸药,但不需要将炸药绑在火箭上,所以主要的重量是火箭本身和货物。
这种方式不会便宜。你要设计一门长一公里、直径三米的大炮,装载成吨的炸药。这听起来可能很疯狂,但至少有两个政府项目已经尝试过这种方法。
另一个类似的选择是电磁轨道炮。这相当于磁悬浮列车。它利用强磁场在约160公里的真空管中不断加速,最终冲向天空。这样做的好处是它比超级大炮更清洁,更容易重复使用。
三。激光点火
火箭的基本工作是在枪托上点火,火越热,它的推力就越大。真正变热的一种方法是携带超高能激光,将燃料加热到极致。但这会增加火箭本身的重量。因此,科学家们设想,是否可以在地面上使用激光来照射向上火箭的枪托?
这样可以节省大量燃料,如果激光足够强大,火箭可以不使用燃料飞到1.10000米。
问题是这种激光设备的功率输出必须非常非常大。这大约是 50,000 兆瓦,大致相当于 50 个核反应堆的总输出。目前可用的最强大的激光设备是美国军用武器,最高可达 1 兆瓦,距离 50,000 兆瓦还有很长的路要走。
四。高空发射
火箭发射的关键不是高度,而是速度。但更高的海拔意味着更薄的空气和更小的空气阻力。这就是为什么飞机要花费大量燃料才能到达足够高的高度。
实现高空发射的方式有3种,分别是从热气球、大型飞艇或飞机上发射火箭。
热气球的方法很容易理解。火箭安装在气球上,漂浮到高空然后点燃。大型火箭不能使用这种方法。科学家们在 1950 年代尝试了这种方法,但很快就被放弃了。
一艘现代化的大型飞艇可以运载大约 10 吨的货物。现代火箭重约500吨。所以飞艇也不是一个好的选择。
从飞机上发射火箭更可行。简单的说,火箭被绑在一架巨大飞机的顶部或底部,当飞机以最快的速度爬升到最高高度时,火箭发射。这样一方面节省了一些推进剂,另一方面也不必太担心天气状况。问题是你只能得到你需要的速度和高度的一小部分,你可以节省的燃料是有限的,从飞机上发射火箭会增加其他成本和复杂性,同时也限制了火箭的大小。由于这些原因,SpaceX 拒绝了从飞机上发射火箭的方法。
五号。太空电梯
假设你拿一根绳子,把一块石头绑在上面,用手抓住绳子的另一端扔出去美国回收火箭马斯克,身体转了一圈,石头就会跟着你转一圈。现在用地球代替你,用小行星代替石头,用 100,000 公里厚的电缆代替绳索,并附上一些升降机,我们就有了太空升降机。
这个想法可能看起来很古怪,但实际上它已经被科学家们深入研究过,也许是因为它代表了太空旅行的最终解决方案。虽然本身具有挑战性,但这样的太空电梯几乎可以解决其他方法遇到的所有问题,可以携带燃料通过电梯,不必进行疯狂的加速,不必掉落零件,不必不必尝试危险的爆炸物,不必遇到超级龙卷风般的气氛。
这样的太空电梯主要包括配重(即小行星)、电缆和太空底座。底座建在电缆上。
一旦这个系统到位,我们将以每磅 250 美元的价格快速安全地将货物送入太空,记住现在每磅的价格为 10,000 美元。此外,一旦你建造了你的第一部太空电梯,建造第二部会便宜很多,因为当你建造第一部时,你需要使用传统方法将电缆送入太空。
我们可能会在系绳上建造多个空间基站,作为加油和维修站,以及卫星和航天飞机的发射点。
如果你可以爬到任何高度,卫星发射不仅会很便宜,而且非常大的航天器也会很便宜,因此太空电梯将比任何其他合理的方法更能帮助人类探索太阳系。返回搜狐,查看更多
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