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太空居民:人类将如何在无垠宇宙中定居 3 生活在轨道
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在此我要违背所有写作老师的建议,用一个烦琐的数学公式开始本章:Δv =vexh ln(M0 /M1 )。嗯,那个三角形和那个卷曲的v 什么意思?实际上,这是齐奥尔科夫斯基方程。它精彩描述了进入太空、在那里玩耍和停留所需要的条件。这个方程也说明了到达轨道有多么困难,是一个人们不愿面对的真相,一些工程师称之为火箭方程[1] 中令人不快的必需品。
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但首先我们必须了解进入轨道的困难:它可不是直接向空中发射东西那么简单。必须达到的能量、速度和精确度令人生畏。轨道意味着围绕一个物体运动的横向速度。如果速度太快,你就会离开轨道进入太空深处;而速度太慢,你又会掉回地面。困难在于,你不能像在陆地甚至是在空中那样轻易地刹车或微调速度。接近真空的太空 几乎没有阻力,运动中的物体会一直保持着运动状态。加速或减速都需要能量,燃烧精确数量的燃料,并将航天器推向精确的方向,以实现所需要的机动。如果要减速,就要点燃反方向发动机。对接是更大的挑战。ISS的轨道速度约为17150英里/小时。要与ISS对接,你的飞船需要至少以17151英里/小时的速度赶上它。你可能想走得更快。但是当你接近的时候,又需要减速,要把速度调整到刚刚好,就别奢望什么轻点刹车了。你只有一次机会把事情做好。如果ISS在影像资料里看起来静止不动,那是因为你的错觉,就像你以60英里/小时的速度在高速公路上行驶,而某人试图以61英里/小时的速度一点点接近你一样。以17150英里/小时的速度行驶,摇下车窗,从赶上你的人手里接过一杯咖啡,且滴水不漏。这就是在ISS上等待与飞船对接的感觉。
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康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)是一位俄罗斯人,他推导出了火箭方程,并于1903年发表。他的惊人之处在于,作为一位自学成才的业余科学家,他用纸和铅笔计算出了轨道机动的正确精度。他计算出了将任何物体置于太阳系任何天体的轨道上所需要的速度,而不仅仅是地球。齐奥尔科夫斯基具备梦想家和隐士的性格特征。他沉迷于书籍,尤其是科幻小说。他10岁时得了猩红热,几乎完全失聪,后被拒绝入学。为了实现自己的梦想,他转而学习数学和物理,同时在一个叫作卡卢加的小镇的远郊做一名乡村教师,勉强维持着简朴的生活。这个小镇距莫斯科西南120英里,他居住的远郊当时还是一片未开垦的荒蛮之地。齐奥尔科夫斯基还构想了太空电梯,本章后面会讨论。另外,他还设计了20世纪飞船的原型。1935年,他默默无闻地死去。然而,10年后,苏联人在佩内明德陆军研究中心(Heeresversuchsanstalt Peenemünde)发现了齐奥尔科夫斯基关于太空飞行和火箭的德译本著作。这个秘密研究中心是纳粹在沃纳·冯·布劳恩(Wernher von Braun)的指导下研发V-2火箭的地方。现在,这本书在卡卢加的一家博物馆里展出,几乎每一页上都有冯·布劳恩本人的手写笔记。[2]
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