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“很早以前,科学家们就在想,有没有一种一劳永逸的办法,可以彻底解决地球的能源危机?”
“事实上,现在地球的资源,无论煤炭、石油、天然气等化石能源,还是水、风、太阳能等清洁能源,都与太阳有关。”
“化石能源会污染大气层并且迟早消耗殆尽,风、光和水能并不稳定,实际发电量仅占24左右。”
孙连城说:“能源危机确实迫在眉睫,据说西方不少加油站都开始遭遇‘油荒’,电价也一年比一年高,甚至能引起社会动荡!”
秦宇接着道:
“大刘的小说里提出过‘太空电梯’的概念,而太空三峡也是基于这个想法建立的,就类似于在太空造一座超级发电站!”
“大家都知道,地球一直在自转,所以看起来很不稳定。可假如在太空中飞行的发电站,其速度与自转相等的话,是不是意味着相对静止?”
邵天童虽然学的是经济,但对这样的基本物理常识还是能听懂的,他回答道:
“这种静止轨道,应该就叫地球同步轨道吧?我来之前找朋友了解过,不知道说的对不对……”
秦宇笑说:
“你说的很对,只要运行周期与地球一样都是24小时,那么这条轨道就是地球同步轨道!”
“这种轨道只有在离地36万公里处才有,它可以有无数种轨迹,但有一条是最特殊的。这条轨道在赤道上方,因为发射到上面的卫星,永远都在头顶不动,叫地球同步静止轨道。”
“太空三峡计划的超级电站,就要发射到这条轨道上,相当于固定在地球上空,未来的太空电梯也可以在这条轨道建设。由于地球同步静止轨道的特殊性,我们必须先到先得、抢占最好的位置!”
邵天童小心翼翼的问道:“我想请教一下,为什么只能在36万公里的地球高度,才能和地球同步飞行?那360公里的太空中,无法做到吗?”
见状,秦宇骨子里那股好为人师的血脉又被触动了,他也没嫌这小子笨,毕竟术业有专攻,请邵天童又不是来搞科研的。
他起身在黑板擦出一块空白区域,津津有味的科普道:
“高中物理学过吧?卫星为什么能在天上飞应该清楚吧?”
邵天童点头,“真空环境中,卫星在没有受到外力的情况下,会保持匀速直线运动。其只受万有引力和向心力的作用,当这两个力保持平衡时,就会稳定环绕地球飞行。也因此,卫星的轨道面必须切过地心……”
秦宇敲敲黑板,“那么问题来了,根据向心力公式f=v2r、万有引力f=gr2,得到v=√gr。这里能看懂吧?”
对方点头。
“在地表0公里处,r就是地球半径6371千米,由此得到卫星环绕地表做匀速圆周运动的第一宇宙速度v?,是79千米秒。”
“那么地表360公里处,r就是(6371+360)千米,由此得到该轨道卫星绕地球匀速圆周运动的v?,是77千米秒。”
“而在地表36万公里处,r就是(6371+36万),v可以降至307千米秒!”
秦宇不假思索的口算出来,又继续写,
“地面360公里的轨道周长,c=2πr,如果按24小时飞完一圈,那么卫星速度得到49千米秒。这个速度远低于77千米秒,因此无法成立。懂了吗?”
邵天童一点就透,立即明白过来,类推道:
“随着轨道越来越高,周长增加,意味着卫星绕行24小时的速度加快;而同时,卫星的‘第一宇宙速度’随着轨道升高而降低……”
“一个增加、一个降低,于是当抵达某个高度时,刚好卫星绕行24小时的速度、与‘第一宇宙速度’持平,就成了地球同步轨道!”
秦宇鼓掌,“孺子可教,而只有地球36万公里这条轨道,刚好满足条件。
既能让卫星飞得和地球一样慢、还不至于掉出轨道。而赤道上的地球同步静止轨道,就是特例中的特例,它相当于一块永久的太空殖民地!”
邵天童说:“既然地球同步静止轨道这么重要,这条资源应该很珍贵吧,咱们有捷足先登的可能吗?”
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