第589章 助教2

熬过了下课被当作珍惜动物围观和老教授的攀谈的10分钟休息时间之后，第二节课再度开始了。只不过，这一次课堂上又挤进来不少的学生。看来是因为有外星人当作助教的信息而好奇的学生跑来围观了，从中我也看到了诺相约那天见到的另外3名友人。

（诶，就不能让我省点心吗？）虽然在内心狠狠吐槽了一番，但我还是面带淡定表情的继续了课程。

“上节课最后也说了，因为非我族类其心必异和唇亡齿寒的先入为主的观念，导致的你们两个文明的悲剧。现在我就说说为什么吧，正好这也可以当做是课内知识来教授给你们。”

“首先，我们需要明确一下，所谓的星际旅行的本质是什么。”

当所有人都因为我的话而陷入沉思的时候，我再度开口了。

“太空行的第一步，太空行的能量代价。有些人好像有一个误解，认为你们最新最大的航天器，有必要的时候就可以随时飞上宇宙。”

“这种错误观念来自于对阿波罗计划的一知半解，以及对空间世界广阔程度的无知。航天器的飞行轨道，通常仅高出地面350公里。既然低空轨道理地面这么近，为什么吧航天器送入轨道还会这么难呢？普通人毕竟用不到发射装置，也能轻易乘坐列车跨越350公里的距离。”

“这是因为，你要数值向上350公里，而不是水平移动同样的距离。这是答案的一部分，但不是全部。最大问题来自‘轨道’。”

“如果只是简单的把意见物品向上提高350公里，所需能量要比送入低空轨道低不少。根据我的计算，区别能达到四分之一。不过，随随便便送上天空的东西，会很快掉落回地面上，因为在到达低空轨道之后，他没有获得足以停留在轨道上的速度。”

“星球表面的人之所以不会穿透地面掉进地底，是因为地面坚硬其支撑强度完全足以支撑人类的体重。常见材料的抗压强度经常能达到几十到几百mpa，换成人话，就是每平方厘米面积能支撑几百到几千公斤的重量，这也是为什么能够在星球表面上存在有铁这种比土壤还要质密的物体却不会沉入地底的原因。白矮星物质每立方厘米大约一吨重，如果轻轻放在厚钢板、花岗岩之类材料上面，还能勉强支撑住，不会压碎。中子星物质每立方厘米就有上亿吨，没有任何材料能支撑住，所以一定会一直沉到地心。”

“好了，上面的是属于歪题了，接下来让我们继续。地面对我们的脚掌施加一道支撑力，与向下的地心引力互相抵消。飞机之所以不掉落，是因为记忆周围的气流产生的升力。但是，航天器是如何停留在空中的呢？它的确有机翼，但那仅仅是任务收尾阶段降落时用的。在太空中，没有人会听到你的尖叫声，因为周围没有空气。在没有空气的地方，也就没有了能让飞行器停留在空中的气流升力。”

“最有趣的事实就是，没有任何力量让航天器不下坠。事实上，它就是在持续敌向地面跌落，但却总是会错过目标。航天器在同步轨道的飞行线路接近于正圆，我们可以吧这条轨道上的物品看作是孝子在头顶转圈甩动的一块用绳子栓紧的石头。如果绳子断了，石头就会沿着与绳索垂直的方向快速飞走。”

“轨道上的航天器就像那块石头，而约束他的绳子，就是它与星球之间存在的引力。做圆周运动，他就必须受到一个指向运动圆心的牵引力，里的大小可以根据f=r算出。在根据引力常量就可以算出速度v的数值。此处应注意，速度数值与航天器的质量无关。”

“如果慢于这一速度，她就会跌落到地面上。如果速度更快，则会期初导致非圆形运动轨迹，最终结果是一去不复返。”

“将航天器送入轨道的最大难点，并不是让它攀升到足够的高度，而是让它获取足够的速度。假设航天器的载荷为100吨，任何以速度v移动的物体具备的动能是k=1/2，也就是说，获取上述动能需要消耗的汽油约为你们当地的货币。但是，这还远远不是全部。”

“复杂之处在于，火箭需要燃烧大量油料来达到上面提到的速度，其需求规模非常可观。即使是采用液态氢和液态氧，其体积和制造成本也是相当可观的。设置，燃料本身的质量，常常会超过任何火箭的有效载荷。”

“比如，最早起的航天飞机加火箭推进器加燃料小的质量，约为2万吨，或者说是有效载荷的10被。究其原因，就是在你使用燃料推进航天器的同时，也不得不把燃料送上天空。”

“火箭的工作原理本身非常简单，主要跟牛顿第三定律有关：任何力都有反作用力，大小相等，方向相反。这就是火箭的工作原理，火箭上的发动机消耗燃料，燃料燃烧释放出的能量，使反应产生的气体高速喷出，发动机的设计方式，决定了它将把快速移动的气体向后喷出。由于反作用力的原理，火箭同时获得向前的推动力。”

“它是废气从火箭末尾喷出的速度乘以燃料燃烧的速度，得出的推进力。”

“这里需要强调两点：1火箭的加速度并非恒定值，因为质量在不断变化。2，当前我们忽视了地心引力对火箭速度的影响。事实上，达到特定速度所需的燃料数量，要比我们这里计算得出的结果更多。不过，在航天飞机的问题上，数值的诧异相对较小。”

“现在，只要运用基础的微积分知识，就能得出这个公式。假设火箭其实速度为零，最终将达到速度为v，我们就可以得出：v=μln（1+r是火箭不包括燃料在内的质量。这就是着名的火箭公式。”

“根据火箭最终速度与燃料质量比之间的关系，我们可以做出一个图表。”说着的同时，我也开始着手画出数据图表。

“对火箭学而言，另外还有两个重要的概念：比冲和推动力。比冲，其实就是喷气速度的另外一种较为隐蔽的表达形式。推动力，推动火箭前进的净力，可以利用下列公式计算得出。t=udm/dt”

“有些火箭推动力大但比冲小，例如化学推进剂火箭。另外一些火箭推动力小但比冲大，例如离子推进器。”

“好了，虽然花了一些时间来介绍火箭和轨道运行的成本，但是我们的目的是为了了解一下星际旅行的成本。”

“根据你们航天网站提供的信息，航天飞机执行一次任务的成本，。也就是说，将一批

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