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[水帖]坎巴拉玩家科普一下:真实的太空航行

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身为坎巴拉和B社双厨,最近一直在贴吧潜水。
看到吧里的气氛越来越差,我的内心也是颇为难受啊!不如讨论些别的,净化一下吧里的空气。
今天单位OA连不上,没法办公。
正好借这个时间科普一下真实或说较为真实的太空航行是怎么样的,以此缓解大家的星欲。
想到哪儿说到哪儿,争取能更到发售前吧!


IP属地:山东来自Android客户端1楼2023-08-28 09:07回复
    1、空间站的物理运动轨迹(简化模型)
    在太空中,假设空间站A正在稳定地绕地球飞行。在简化模型中,空间站A只受到地球的万有引力影响,即图中所示。
    可是,空间站A受力不平衡啊!怎么还能保持“稳定”呢?
    原因在于空间站A在地球引力的影响下,一直在围绕地球做速度极快的圆周运动,地球的引力主要作用在了改变空间站A的运行方向上了,因为太空中没有阻力,所以空间站A也就能一直维持着这种圆周运动了。这种圆周运动的轨迹,就叫做空间站A的“轨道”。



    IP属地:山东2楼2023-08-28 09:21
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      2、太空中是如何机动的
      首先,太空中(可以看做)没有阻力,飞船不会像车啊、飞机啥的需要对抗摩擦力、空气阻力等等,造成减速。
      也就是说,飞船、空间站所受到的所有的力,都将持久地对它造成影响,永远改变它的运行轨道!!
      所以,太空飞行中没有“极速”一说,你有多少燃料,就能加快多少速度。太空中唯一的极速,那就是光速了。
      同样由于没有阻力,很多情况下,你花很多燃料来加速,后续还得花很多燃料来减速,不然就会错过目标。
      具体在《三体》里面也有体现,三体人入侵地球,为了花费最短的时间,计划用400年的时间到达地球,加速200年,掉头反推减速200年。


      IP属地:山东4楼2023-08-28 09:51
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        3、太空中机动时,轨道会如何变化?(基于单体引力,以霍曼转移为例)
        结合上面第1点和第2点。我们来模拟一下一个在轨飞船B(处在类似空间站A的状态下),它机动时的情况:
        当飞船B在轨道上加速时,地球的万有引力就不再足以提供及时的转向了,那么飞船B就会被“甩出去”一些,轨道的另一端会变远。加速的这一端反而不受影响。
        那么,飞船B就需要在远处的那一端再加速一次,从而到达更高的轨道。
        这个过程,就是一个经典的太空飞船变轨的过程,被称作“霍曼转移”!


        IP属地:山东7楼2023-08-28 10:02
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          4、“第一宇宙速度”是一种相对有限的参考指标
          现在我们假设有一艘飞船,它很厉害,它地球表面不受任何阻力影响,就跟在太空中一样。
          此时它正在围绕着地球海平面高度的稳定轨道上绕行,就跟空间站似的。
          那么,它为了保持这个稳定轨道,需要多少速度呢?
          答案揭晓了:是“第一宇宙速度”!!!
          在“3”的霍曼转移的情况下,这个轨道可以看做“旧轨道”,需要再额外花费燃料进行加速,才能到达真正的太空中的“新轨道”,这也就造成了“第一宇宙速度”成为了某种航天器入轨的衡量指标。
          但仅此而已了。
          因为现实中(起码现在还)不存在那种很厉害的飞船,火箭也不是按照这种方式入的轨(只是很像,且在燃料计算等方面也有某种联系)。所以“第一宇宙速度”也就仅供参考就完事儿了。
          除此之外,假如我又有一个特别厉害的飞船,它可以以1m/s的速度缓慢上升,但就是燃料多,一直1m/s上升,那它也到不了“第一宇宙速度”啊!能进入太空吗?
          必能啊!!一直飞飞飞,飞出大气层不就进入太空了??
          科幻作品中有一种近似的构想。我相信大家都听说过,那就是——太空电梯!!!
          一种与“第一宇宙速度”无关,但依旧能进入太空轨道的升空方式!


          IP属地:山东11楼2023-08-28 10:52
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            贴一个太空模拟游戏《坎巴拉太空计划》中,星球轨道上人造卫星的运行情况


            IP属地:山东来自Android客户端19楼2023-08-28 17:20
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              5、太空中机动进阶版
              近地太空太吓人了,感觉马上就要掉下去了一样。
              那么大家就问了(谁问你了!):“近地太空中,在空间站上用力往地表方向跳跃,是不是就能跳回大气层?!”
              那只能说是丈育尬读文言文——不会!
              在轨道当中,人造卫星C除了朝前的加、减速外,还有两种维度的运动:上下飞、左右飞。
              开头的例子中,便是向正下方加速,这与重力的方向是一致的。产生的效果也是类似的——会造成转向,而不是减速。
              同样,朝上方加速也是类似的效果。
              如果不是宇航员,而是燃料充足的人造卫星C,那么它朝正上方或正下方加速,加很多速,比人的能力大的多的话,才有可能“跳”回大气层。(如图所示)
              左右飞还是比较符合直觉的,就是转向而已。不过太空中的轨道是个圆形,转向的效果就可能不太符合直觉了。(如图)




              IP属地:山东21楼2023-08-29 12:14
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