没有数学的火箭方程的含义

当与17世纪的议案法则发布时，ISAAC牛顿首先意识到它确实可以将物体从地球送出到太空中。只要物体被射击到足够高的速度，它就会达到空间和轨道我们的星球。

随着1957年的烟囱卫星发射了一个强大的火箭，苏联确切地实现了这一点。在地球上有40亿年的生命中第一次，有意地送到空间。

通过在更强大的火箭或在板上使用推进器来推出卫星另一种速度提升，可以完全逃离地球的重力。这就是如何将任务发送给金星，火星，土星及以后。但这两者中的一个不像另一件事。

火箭方程是允许科学家和工程师量化和比较在太空中达到各种目的地所需的能量。它的含义是深远的，但不直观，所以我将尝试在不使用任何数学的情况下解释它们。

火箭方程告诉我们，火箭的能量量必须花费从地球表面到上方的轨道250公里，称为低地轨道，几乎是三个从那个低地轨道到月球的轨道！同样，从达到相同的轨道到达火星的需要两倍的低地球轨道成本。 1

即使我们包括降落在月球上的能量支出而不是从低地球轨道到达它，即使到地球轨道本身就会变得约50％。换句话说，达到地球轨道是空间探索的第一和最重要的障碍。

人类的巨大飞跃没有踩到月球，而是进入地球轨道。

火箭方程并不决定您在空间中达到各种目的地的能量，但如果您完全达到空间。

卫星是抬起它的火箭总质量的一小部分，但对火箭本身有影响。其中在于火箭科学的核心问题。

增加卫星的质量，使其更具用量，也意味着需要更多的火箭燃料将卫星放入所需的轨道中。但更多的燃料使系统重量更多。这意味着需要更多的燃料来将现在较重的系统发射到太空中。作为拇指规则，燃料需求随着卫星添加到卫星的每一步增加而呈指数级增长。

这就是我们如何结束火箭大多是燃料，然后是一些金属。即使是发给月球的宇航员的强大土星v也是85％的燃料，13％火箭 - 包括火箭身体，它的管道和零件 - 其余2％是与宇航员坐在里面的月干宇宙飞船！

此时，如果我们要使地球更加巨大，火箭必须降低巨大的能量，以防止更加严重的重力。达到空间需要更多的燃料，并且您的火箭可能比金属更多的燃料更多的东西。进一步增加地球质量，燃料质量比率将开始暴涨至根本不可能为这种近全燃料火箭工程！

以这种方式扼杀这些数字，事实证明，如果地球更大50％，即使在化学火箭中最有能量的燃料组合液氢和液氧氧气也无法进入空间。

这种巨大的岩石行星不是虚构的，其中几种存在。在其他4,000多个星球上，我们在我们的银河系中发现了约会，大约一千人是科学家称之为“超级地球”。这些是行星，比地球更大10倍，高达两倍多。超出该极限，行星并不岩石，开始转向天王星或海王星的天然气巨头。

许多这些超级地球躺在恒星周围的各自可居住的区域中，即就可以在我们所知的情况下支持生活。鉴于我们只搜查了一小部分我们的星系对行星，它可以说有数百万的超地球，其中许多可能会举办生活。

如果在这些超地球上发展智能生活，他们会有一个艰难的时间建筑火箭，从星球上获取。由于即使是最精力充沛的化学火箭也不会让它们到空间，因此他们可以被激励，以建立更多的推力，可以像核推进的火箭一样。这些可能比化学火箭更贵，但有时性质不会给你一个选择。

就像火箭方程一样，令人指重更加艰难地下降到行星中的肿块的行星，它也使得它更容易以更小的重力下降物体。现在，如果只有我们的物体比地球更少于地球，那么可访问和资源。

为了让人类生存和茁壮成长，在火星上具有永久性的人类住区是有意义的，因为它为我们提供了相对良性的环境。这样做需要通过几十到数百个巨大的火箭发射来向火山地面送达数百到数千吨材料。这几乎恰好是太空的星舰希望能做什么。这是我们的天体邻居，月亮，可以更好地让事情变得更好。

月亮的重力比地球更弱，允许火箭轻松起飞。这在阿波罗任务期间，这是最值得注意的，甚至托管两艘宇航员的航天器也可以进入月球轨道。而且，月亮位于地球的外缘井井，这意味着如果从月球发射，那么很容易逃脱我们的星球的拉力。事实上差不多五倍。

如果我们首先在月球上建立了巨大的永久定居点，我们最终可以利用其资源来从月球自身发射火箭。美国宇航局和伊斯罗士机构任务已经发现了月球杆上的大量水冰。未来的人类栖息地可能由富含金属富含金属的月球土地挖掘到这款水冰中，以供消费需求。该水也可以将其分成氢气和氧气以用作火箭燃料。从工业支持的Moonbase起飞的火箭可以乘坐月球行星际公路，比来自地球更有效地达到火星。

当然，建造一个工业夜间比赛将是昂贵的，但如果目标是可持续地扩展到太阳系中，我们正在播放比例数十到数千年。在这个大型的事情方案中，月球可以是火箭平台来建立和扩展可持续火星的存在，以便比从地球完成的等同物更便宜。

月亮的可访问性，低重力障碍和资源潜力是其支持者首先返回月亮的支持者而不是瞄准火星的原因。作为月球内的俗话：

月亮的优势可能延伸到在外太阳系统中为自己制作家园。火箭方程告诉我们，即使太阳系的外部到达的物体可能比月亮更靠近火星，即使是月亮更靠近火星，也越大的红色行星更深的重力也意味着需要更多的能量来摆脱它而不是到达那些目的地那里。

从月球表面到达小行星带至少40％的能量要求火箭的表面比火星表面 - 即使火星约7500万公里靠近皮带！这是差异重心使，火箭方程允许我们看到。月亮可以加速扩大我们对这些资源丰富的小行星的定居点。其中一些物体，如Ceres和Vesta，又可以与月球和小行星带的月球和小行星带来相同的角色，并扩大木星和土星的卫星的人类住区。

这最终为我们带来了来自火箭方程的单一重要的外卖。从低重力提取和利用原材料的能力将使我们摆脱拖延地球的引力拉动的暴政。

如果我们甚至没有以独立的方式扩展到太阳系，我们无法在星星中旅行，并为自己提供更大的资源池。空间内制造和工业化不仅仅是一种良好的，而且是扩展到太阳系的基本要求。只有当时人类将处于足够的职位上冒险到最近的明星，希望在太阳不发光之前做到这一点。

这篇文章感谢Gordon Roesler博士和Justin Alva在Patreon支持我。

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1从技术上讲，能源支出与Delta-V不同，这是火箭达到不同目的地所需的实际工作的实际衡量标准。 但由于能量支出与Delta-V成正比，因此它们被近似是相同的，以使物品变形为群众。