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我们都知道,行驶在马路上的汽车如果突然没油熄火了,它不会立马停止,而是会因为惯性继续再行驶一段距离,然后才慢慢停下。那你是否想过,如果人类驾驶宇宙飞船奔向火星的时候,如果中途燃料不足的话,会突然悬浮,停在太空中吗?
在太空这样真空的环境下,宇宙飞船只要加速到了而一定的速度,即使后面没有推进器的推进,依然能够平稳飞行,为什么呢?
其实这可以用牛顿定律来作解释。如果宇宙飞船加速到第一宇宙速度(7.9 km/s)的时候,撤掉推进器的加速,飞船就会在太空中做平抛运动。但由于在太空中会缺乏大气阻力,所以飞船会减速得很慢,但只要飞船的速度比第一宇宙速度快,它就可以靠着在远地点和近地点重力势能和动能的转化绕地球运行,近地点时飞行速度快重力势能低远地点相反。
当宇宙飞船的飞行速度达到第二宇宙速度(11.2千米/秒时),就可以摆脱地球引力的束缚,飞离地球进入环绕太阳运行的轨道,不再绕地球运行。这个脱离地球引力的最小速度就是第二宇宙速度。各种行星或卫星探测器的起始飞行速度都高于第二宇宙速度。
如果宇宙飞船的速度可以达到甚至超过第二宇宙速度(11.2km/s),宇宙飞船就能脱离地球引力的束缚,飞离地球,进入绕日运行的轨道,不再绕地球运行。
按理说,宇宙飞船能自带能源是最好的,因为当达到一定速度之后,它受到地球的引力就比较小,自带燃料用于推进更利于航天器的自主运行,可以较为方便地进行变轨变速等操作,这类航天器现代也有,但一般是有特殊用途的。
目前,大多数的人造卫星、宇宙探测器都是靠惯性在太空中运行的。因为目前的科学技术还不够成熟,不足以现实理想的效果,所以,这是一种无奈的选择。
例如我国的长征五号系列运载火箭,它将来就会应用于火星探测器的发射上。然而长征五号的起飞质量800多吨,燃料的质量占了大部分,依靠急速地燃烧燃料,而向后喷射火力得到飞行的动力。
依据动量守恒定律,火箭带着宇宙飞船获得了向前运动的动力,然而地球的引力很强大,火箭整体的质量又很大,所以,化学能源的缺陷是大量的能量被用于运送燃料自身。
宇宙飞船在发射的时候,主要是通过火箭带其加速到一定的速度,使得飞船能够摆脱地球引力,进入一定的轨道后,可以绕地或是绕日运行。
因为现代物理学和数学的快速发展,所以人们不需要设计制造巨大的火箭来带宇宙飞船飞行,只需要对轨道进行精准的设计,让飞船在合适的时机能够加速到一定的速度,并进入轨道就行。因此,飞船就能靠着地球和火星的引力作用,最后成功进入火星轨道。
然而,飞船要保留一定的燃料,最终才能登陆火星。因为在飞船进入火星后,需要降落,而降落需要让飞船能够做减速运动,以至于不会像陨石撞击地球那样掉落损毁。
然而,从地球去火星不是什么时候都可以进行的,这需要科学家做好判断,用专业术语来说的话,这个合适的时期叫做“发射窗口期”。因为飞船要从地球前往火星,就必须通过一条叫做“霍曼转移轨道”的椭圆形轨道飞行。
所以,火箭发射升空后,要先在地球附近加速,然后进入这条轨道,然后快到火星时,要开始减速,让火星的引力捕获。飞船自带的燃料只用于加速或者减速的阶段,这时飞船的轨道参数也会随之变化,在地球附近加速就是摆脱地球,在火星附近减速低于火星第一宇宙速度时就被火星引力俘获,无动力状态下将坠落火星。
所以,对于飞船在中途突然没燃料了会怎样,你明白了吗?欢迎过来评论区留言哦!
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