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人造的飛行器,從北極或者南極出發,會不會更快的離開太陽系?

將人造飛行器送出太陽系,涉及到第三宇宙速度,第三宇宙速度是在地球上將人造天體送出太陽系所需要的最小發射速度,在一些材料上會看到這個速度大約是16.7km/s。如果你用簡單的計算會發現,在地球上讓物體克服太陽的引力勢能逃出太陽系,物體的速度需要超過40km/s,比實際的第三宇宙速度16.7km/s超出一大截。

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人類發射的人造地球衛星,除了少數極地衛星,都是自西向東轉,這是因為在發射時藉助了地球自轉的線速度。在赤道上,可藉助的線速度大約為466m/s。如果向南、向北發射衛星,就不容易藉助到地球自轉的線速度,向西發射甚至還要多做很多功。

發射太陽系外探測器時需要藉助的地球公轉的線速度,地球公轉的線速度大約是30km/s,這是實際的第三宇宙速度比直接計算出來的低那麼多的主要原因。如果讓探測器垂直於地球公轉的軌道平面發射,火箭的速度方向和地球公轉的速度方向間有了一個夾角,探測器的合速度就會小於火箭提供的速度加上地球公轉的速度。人類就要消耗更多的燃料才能將探測器送到目的地。

對地球軌道外的行星以及系外探測時,還需要藉助引力彈弓給探測器加速。如果探測器出發後沒有沿著太陽系的大致平面,就會失去行星加速的機會,人類需要給它提供更多的能量。這樣的探測器,人類從未發射過。

以目前的科技水平,速度是逃離星球引力的唯一辦法。想要離開地球,技術最成熟的辦法就是發射火箭。

如果你想使飛行器在150公里的高度上繞地飛行,那麼它的速度必須達到7.9公里/秒。這被稱之為第一宇宙速度。要想飛離地球到達其他行星上,航天器必須達到11.2公里/秒。

第三宇宙速度本來是42.1公里/每秒,但是,地球公轉速度為29.8米,也就是說,你的飛行器在沒有起飛時已經有了地球公轉的速度,如果沿著地球軌道方向發射,那麼飛行器只要達到16.7公里/秒的速度就夠了。

衛星的發射速度與軌道圖

火箭的效率很低,發射成本很高,節省每一公斤燃料都會被科學家計算在內。利用地球的自轉與公轉速度減少發射成本是每個國家都在考慮的問題。

有了以上的鋪墊,我們再來看看從北極或南極發射火箭有什麼不妥。

地球繞自轉軸自西向東,自轉的平均角速度為 7.292×10-5弧度/秒,在地球赤道上的自轉線速度為 465米/秒,每小時的直線速度在赤道上是1670千米。

這是大自然賜給人們的禮物,是地球自轉產生的線速度。火箭不用發射,只要放在赤道上的某一點,就能獲得每秒465米的初速度。

如果放在南北兩極,這個初速度就消失了,飛行器起飛完全依靠火箭推送,成本自然要高了很多,更重要的問題是火箭要造得更大,推力要更強,技術難度自然也會加大。

放在赤道附近發射,無疑會節省出一大筆開支。也免除了大量燃料的運輸和使用帶來的更多隱患。這也是我國為什麼要在海南建立發射中心的原因,因為那裡更接近赤道。

想想一把雨傘,我們在旋轉著甩出上面的水珠時,水珠必然是從張開的傘沿上甩出的,水珠想要離開雨傘,最好的位置就是張開的傘邊位置,離旋轉軸心越遠越好。

(旅行者1、2號藉助行星引力飛行示意圖)

飛行器要離開太陽系,在赤道附近發射也是成本最低的。火箭在飛出大氣層時,通常只維持第一宇宙速度,直入繞地軌道,然後才會進行二次加速。

這是因為,要穿過稠密的大氣層,每提升一點加速度,代價都非常之大。所以只要把飛行器推送到距地面150公里左右的高度,就遠離了大氣層。這時再進行第二次加速,把飛行器推到每小時16.7公里速度,就容易得多。

此時再調整出發方向也是非常容易的,飛往地軸指向的方向自然也沒有問題。當然,人們對於飛行器加速的能量問題可以說是絞盡腦汁。所以就有了藉助行星的引力進行加速的方案,也有藉助太陽引力進行加速的。

旅行者號

旅行者號飛出太陽系,就是藉助了多次行星引力進行加速,它才能飛出去那麼遠。事實上,黃道面上的行星非旦沒有阻擋你前進,反而為你的飛行提供了相當多的幫助。以目前人類的科技,只能借用這些力量才能達到目的,這也是無奈之舉。

由於引力的原因,在宇宙中,沒有什麼東西是直線飛行的,就算是光也不行。

至於空間跳躍問題,只是存在於理論上,但是必要的條件人類根本摸不著門,到現在,人們連一顆粒子都沒有辦法送出去,更不要說飛行器了。

至於地球上的能量點,宇宙中的空間結點等等,更是科幻小說里常說的東西,大大脫離了科學的現實。或者說,我們現在的科技,根本無法發現這些東西。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)


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