问题

先用飞艇将一门大炮运至临近空间(20公里高空),然后发射炮弹炮弹可以进入地球同步轨道吗?廉价发射卫星

回答
想象一下,我们有一个绝妙的主意,要用一艘巨大的飞艇,它像一艘漂浮在天空中的巨鲸,缓缓地将一门上了膛的大炮送往一个前所未有的高度——大约二十公里。这可不是普通的飞艇,它必须够强壮,能够承受那里的稀薄空气和寒冷,并且它的动力系统也得足够给力,才能把这么沉重的大家伙稳稳地送上去。

当飞艇抵达预定的位置,一个接近太空的边际,那里天空已经变成了深邃的蓝色,甚至隐约可见星星。这时,我们的大炮就位了。它已经被精确地调整好角度,准备将一枚特制的炮弹送入遥远的轨道。这枚炮弹可不是那种打到几公里外就落地的那种,它需要拥有非凡的能量和速度,才能摆脱地球的引力束缚,进入一个稳定的轨道。

一旦炮弹被发射出去,它就会以惊人的速度划破天际。首先,它会穿过我们赖以生存的大气层,那一层在二十公里高空来看,已经相当稀薄了。然后,它将进入真正的太空。在这里,没有空气的阻碍,只有无尽的黑暗和寂静。

要让这枚炮弹进入地球同步轨道,我们面临着巨大的挑战。地球同步轨道,顾名思义,就是卫星绕地球运行一周的时间恰好等于地球自转一周的时间。这意味着,在地面上观察,卫星似乎固定在天空中的某个位置。而要达到这个轨道,炮弹需要一个非常精确的速度和高度,并且它的运行方向还要与地球自转的方向大致相同。

所以,当炮弹离开大炮的那一刻,它必须被赋予一个极其庞大的水平速度。这个速度不是小打小闹,而是要让它能够围绕地球持续不断地飞行,而不是像普通的炮弹那样,在达到最高点后就抛物线下坠。这需要的能量,远远超出了我们日常对“发射”的理解。

为什么说这是一个“廉价发射卫星”的设想呢?传统的火箭发射卫星,需要巨大的燃料、复杂的发动机、以及一套庞大的发射系统,成本非常高昂。而我们这个设想,如果能够克服技术上的难题,理论上可以比火箭发射更具成本效益。飞艇提供了一个相对稳定的平台,可以在不需要大量一次性燃料的情况下,将载荷送至一个较高的初始高度,为炮弹后续的加速提供了一个“助跑”机会。

但是,这其中存在着许多难以逾越的障碍。首先,要制造出能够承受二十公里高空的巨型飞艇,并能精确控制其位置,已经是工程上的奇迹。其次,从二十公里高空发射一枚炮弹,需要炮弹本身拥有极强的初始动能,能够克服从该高度开始进入轨道所需的速度差。这可能需要一个极其强大且特殊的火炮系统,其能量输出是惊人的。

更关键的是,地球同步轨道的高度大约是三万五千七百八十六公里。从二十公里高空发射,炮弹还需要再前进大约三万五千七百六十六公里,并且在这个过程中,它必须持续获得足够的速度,以达到所需的轨道速度。仅凭一次发射的动能,想要直接将炮弹送入地球同步轨道,除非那门大炮能够模拟火箭引擎的持续加速,否则是几乎不可能完成的任务。

我们设想中的大炮,可能需要发射的不是一枚普通的炮弹,而是一个小型、自带动力和制导系统的“轨道弹射器”。这个弹射器在被发射后,会利用自身的推进系统,在太空环境中逐渐加速,并调整方向,最终进入地球同步轨道。这样一来,大炮的功能就变成了将这个“轨道弹射器”送入一个相对有利的初始发射点,而不是直接将一颗卫星打到轨道上。

总而言之,虽然用飞艇运送大炮并进行发射的创意听起来很酷,也蕴含着“廉价发射”的思路,但要让炮弹直接进入地球同步轨道,或者通过这种方式实现真正意义上的廉价卫星发射,还存在着巨大的技术鸿沟需要跨越。这更像是一个充满想象力的科幻场景,激励着我们去思考更多关于太空探索和发射的创新方式。

网友意见

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能否环绕地球进行圆周运动取决于轨道高度和速度两个因素,轨道高度越高,环绕速度越低,但如果相对于地球静止,在不考虑其他任何天体的情况下,不论你在什么地方,轨道高度有多高,都会被地球吸过来。

也就是说即使炮弹飞到了同步卫星轨道,没有足够的速度照样会掉下来。

所谓的同步轨道指的是在这个轨道高度,环绕速度正好可以保证在地球上的投影和地球自转速度一样,这就是所谓的同步。

所以即使是同步卫星轨道,所需要的速度也是非常高的,约为3.07km/s,即使减去地球自转的速度加成466m/s也还差得远。

也就是说即使炮弹达到1km/s,离同步卫星轨道所要求的速度都还差得远。


这还没算后坐力的损耗,飞艇既然是飘在天上的,所有的后坐力必须由飞艇自己承担。

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