中国空间站为什么不会掉下来

2022-07-22 16:08:11 发布:网友投稿
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空间站掉不下来主要是因为速度快!当达到了第一宇宙速度时,航天器就会一直环绕地球飞行。


在具体展开分析这个问题之前,我们先来做一个简单的实验。选一个天气晴朗没有刮风的白天,在太阳最烈的正午,拿几颗小石子到房顶上。

然后沿着平行地面的方向,使劲往前扔石子,注意观察石子的飞行路线。接着用更大的力气扔石子,同样观察它的飞行路线。

接连尝试几次扔石子后,你会发现扔石子的力度不同,石子飞行的距离也会不同,但最终都会落到地面。你可能会说,这不是废话吗?力气大当然扔的远,地球有引力肯定会落到地面。


现在发挥一下想象力,我们知道地球是圆的,如果你扔石子的力气足够大,大到可以让石子一直往前飞,甚至绕地球一圈又回到你扔石子的位置,这会出现什么情况?

不要觉得这个实验无聊,这可是牛顿在思考万有引力时,设想过的一种情况,而人造卫星就是根据这个原理,不停的在太空之中绕地飞行。

当然了,实际情况要复杂一些,我们要排除空气的阻力,还要保证扔石子的力气足够大,让石子的速度够快,至于为什么要选在太阳照射最厉害的正午时分,主要是因为这样可以把你晒得更黑一些!


开个玩笑!咱们言归正传,中国的空间站为什么不会掉下来?这主要是因为它的速度够快,而且所处的高度几乎没有阻力。

1、第一宇宙速度让空间站能够绕地飞行而不会掉下来

空间站在距离地面400公里的高空,以大约7.9公里/秒的速度绕地飞行,绕地飞行一圈大约需要90分钟,一天可以环绕地球飞行16圈,不断的经历昼夜交替。

这里面有两个数据非常关键,一个是7.9公里/秒的速度,一个是400公里的高空。

7.9公里/秒是啥?这是第一宇宙速度!在万有引力运动规律下,人们通常把航天器达到环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小发射速度,分别称为第一宇宙速度(牛顿称之为环绕速度)、第二宇宙速度(脱离速度)和第三宇宙速度(太阳的逃逸速度)。


当航天器发射的速度达到第一宇宙速度7.9公里/秒时,就可以不断的绕地飞行而不会落下来,但仍然受地球引力控制。

当速度达到第二宇宙速度11.2公里/秒时,航天器就可以脱离地球引力,进入太阳轨道,像行星一样围绕太阳公转。

而想要摆脱太阳的束缚冲出太阳系,向更加浩瀚的宇宙前进,则至少要达到16.7公里/秒的第三宇宙速度。

2021年4月29日,长征五号运载火箭托举中国空间站天和核心舱,从海南文昌航天发射场升空。天和核心舱的发射,是中国空间站建造的首战。

中国空间站的各个舱段,就是靠着长征五号系列火箭发射升空的,空间站7.9公里/秒的速度,就是长征五号提供的。


长征五号系列运载火箭,是我国新一代大推力液体运载火箭,直径为5米,总长度将近57米。火箭的起飞重量约870吨,起飞推力超过1000吨,最高速度可以超过11.2公里/秒,“天问一号”火星探测器就是长征五号遥四火箭助推升空的。

总之,中国空间站掉不下来主要是因为它的飞行速度,达到了绕地飞行的最低速度,也就是第一宇宙速度7.9公里/秒,而提供这个初始速度的是我国的长征五号运载火箭。

有些朋友可能感到困惑,就算空间站拥有了第一宇宙速度,那它为何可以一直绕地飞行啊,难道可以一直保持这个速度?也没看到空间上有助推系统一直提供动力啊?

这就跟空间站所处的高度有关了。


2、中国空间站所处的高度,可以让它一直保持绕地飞行的速度

文章开头提到的扔石子实验,石子坠落到地面的原因,除了受地球引力的影响,还有一个因素让石子的速度变慢了,那就是空气的阻力。

中学物理上有个知识点,大概意思是如果没有作用力力作用在运动的物体上,那么该物体会保持匀速运动。

我们来简单分析一下中国空间站的受力情况:

首先是地球引力,以空间站的高度是不可能脱离地球引力的,而且跟在地面上的引力相差不大。很多朋友对这一点表示质疑,他们认为空间站上是失重环境,相当于没有重力,怎么可能还有地球引力?

但实际情况是,空间站上并不是没有重力,而是高速飞行产生的离心力,和地球重力达到了平衡状态,可以理解为相互抵消了。所以空间站有一个离心力,这个力的大小和地球引力是相等的,这也是空间站绕地飞行不掉落的原因。


那么空间站是否像在地面上一样,飞行时受到来自空气的阻力呢?

其实距离地面400千米的高空,已经是接近真空环境了,那里几乎没有空气,也就不会有阻力。但是空间站所处的高度,又不完全是真空环境,那里还是有非常少量的空气成分。

这对空间站短时间飞行并没有什么影响,但是长期飞行还是会降低空间站的速度的。根据国际空间站的观测数据,国际空间站大概每个月会会下降两公里的高度,速度也会变慢一些。

因此为了防止空间站坠落,每过一段时间,都会打开动力系统,将空间站推回到适当的高度和飞行速度。

所以说,空间站所处的400千米高空,几乎是一种真空环境,没有任何阻力可以降低它的飞行速度。即使有微小的影响,也可以通过空间站的动力系统进行适当调整。


3、无论是空间站,还是舱外行走的宇航员,都是有可能“掉下来的”

前面介绍了空间站不会掉下来的原因,但事实上,如果人们对空间站不管不顾,任其自由飞行,总有一天是会掉下来的。比如空间站每过一段时间,就需要助推系统,将它抬到原来的高度,这一点前面已经介绍过,就不再赘述。

我们重点说说宇航员舱外行走时,有没有可能会“掉下来”。

迄今为止,航天员执行太空行走任务时,还也出现过脱离空间站的情况,这跟一系列的防护措施有关。

航天员出舱行走,舱外航天服上会有两个一米左右的绳子,绳子一头连接航天服,另一头有一个“勾子”。航天员舱外移动时,每移动一步,就要用两根安全绳交替挂在空间站舱外的把手上。


除了这两根随身移动的安全绳,还有一条较长的安全钢索,始终连接着航天员和空间站。如果不小心脱手没抓住空间站的把手,航天员可以靠着这跟安全钢索返回舱内。

但如果航天员一不小心,真的发生了脱离空间站的情况,而且安全绳和安全钢索全部都断掉,使用机械臂又够不着,也就是说航天员无论如何也无法返回空间站舱内。那么他最终会飘向哪里呢?

其实我们前面已经分析过,脱离了空间站的航天员,一开始会保持同空间站一样的速度和高度绕地飞行。但过一段时间之后,由于受到轻微的阻力,速度和高度都会下降。


而当飞行速度降低到7.66公里/秒以下,航天员就会向地球的方向坠落,进入大气层之后,在大气摩擦的高温下,像一颗流星一样,在星空中划过!

有些观点认为脱离了空间站的航天员,有可能会飘离地球引力范围,甚至飘出太阳系,坠落在某颗地外星球上。

这种观点显然是错误的,因为从空间站脱离的航天员,不可能达到11.2公里的第二宇宙速度,也就不可能脱离地球引力,更别说冲出太阳系了。他最终的结局,只能是地球大气层!


4、总结一下

1、空间站以第一宇宙速度在飞行,所以在地球轨道上不会掉下来。

2、空间站位于距离地面400公里的高空,此处是真空环境,没有空气阻力,空间站可以一直保持第一宇宙速度。

3、但是400公里的高空,并不是绝对真空,空间站每过一段时间,就要靠助推系统将自身的高度抬升到原来的位置。

4、如果航天员不小心脱离了空间站,最终会坠落到大气层,绝对不会飘离地球轨道,更不会飘到太阳系以外。


关于这个话题就介绍到这里,读者朋友们有其他观点的,欢迎在下方评论区写下你的看法!

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