Если космический корабль землян приземлится на планету с силой гравитации в полтора раза больше, чем на Земле, сможет ли он покинуть такую планету? Ведь космический корабль, взлетающий с Земли, рассчитан на преодоление именно земного притяжения.

Спрашивает
Данил Ушаков
#гравитация
+4
#Земля
#космический корабль
#планета
#ракета
19 мая
20 531
Средний вопрос

Сначала отформатируем ваш вопрос, ведь правильная постановка вопроса — уже половина ответа. Что подразумевается под словосочетаниями «преодоление земного притяжения» и «покинуть такую планету»? Так можно сказать про покидание поверхности планеты с выходом на орбиту вокруг нее. Покинули планету? — да, покинули. Но не покинули ее гравитационное поле, в котором корабль продолжит обращаться вокруг планеты; именно оно делает его траекторию замкнутой и околопланетной. И так же можно сказать про покидание гравитационного поля планеты, перелет от нее на большое расстояние, где гравитация планеты уже будет ничтожно мала и не повлияет на движение и состояние космического корабля. Например, он отправится на Марс или Юпитер. И вот это уже будет полное преодоление притяжения планеты. Оба случая можно понять как «преодоление притяжения» и «покинуть планету». Рассмотрим вначале первый вариант: подъем с поверхности планеты (назовем ее планета Х) на околопланетную орбиту.

Второе уточнение: что значит «Космический корабль, взлетающий с Земли»? В обычном классическом варианте космический корабль — это лишь пассивный груз ракеты-носителя. Взлетает с Земли именно ракета, она и выводит космический корабль на орбиту. В случае со «Старшипом» компании СпейсХ космическим кораблем является вторая ступень ракеты-носителя, которая не сама «преодолевает притяжение», а лишь участвует в общем процессе выхода на орбиту. Так устроен и не только «Старшип»: например, точно так же полвека назад вторая ступень американской ракеты-носителя «Тор-Аджена» сама становилась разведывательным спутником серии КН. Именно ракета рассчитывается для вывода груза на орбиту — как по энергии выведения (то есть запасу топлива), так и по перегрузке, которую ракета должна для этого создать.

Перегрузка — это ускорение, исчисленное в среднем ускорении силы тяжести на поверхности Земли, обозначаемом g. Любой покоящийся предмет на Земле испытывает это ускорение, и соответственно вертикальную перегрузку в одну единицу, или 1g. Перегрузка ракеты определяется отношением силы тяги двигателей ступени к ее текущей массе. Отметим, что g — это не гравитационная сила в чистом виде. Это сила тяжести, то есть сила давления на опору или подвес: сила гравитации, к которой векторно прибавлены другие силы, например, инерционная центробежная сила от вращения планеты, зависящая от широты, геометрии планеты и скорости ее вращения.

И это еще одно уточнение вашего вопроса: силу гравитации нельзя путать с силой тяжести, результатом сложения гравитационной силы с другими силами. У них разные причины появления, направление, величина и поведение. И не только с инерционной: например, с архимедовой силой в океане или атмосфере, или силой аэродинамического сопротивления при входе корабля в атмосферу (создающей перегрузки в несколько g), и другими. Например, при входе корабля в атмосферу на него действуют одновременно гравитационная сила, архимедова сила атмосферы, сила аэродинамического сопротивления (в пике своего действия в разы превышающая другие силы), возможно, сила тяги тормозных двигателей, и сила инерции. В общем ансамбле сил гравитационная сила лишь один компонент из многих — и не всегда главный и определяющий картину.

При взлете тяга двигателей ускоряет ракету сильнее, чем сила тяжести, и действует навстречу ей. Поэтому ракета испытывает перегрузку больше единицы и поднимается вверх. В процессе набора высоты перегрузка плавно растет из-за уменьшения массы ракеты (на сгоревшее топливо), а сама ракета и вектор перегрузки постепенно наклоняются к горизонту (ведь орбитальная скорость горизонтальна или почти такова). С выключением двигателей первой ступени перегрузка падает до нуля, при запуске двигателей следующей ступени она возникает сразу с некоторого значения и плавно растет по мере выработки топлива. Цикл повторяется до выхода на орбиту — перегрузка последний раз обнуляется, наступает невесомость.

Чтобы ракете (или космическому кораблю, если он может сам взлетать с планеты и выходить на орбиту) стартовать с планеты Х с местным ускорением силы тяжести в 1,5 g, тяга ее двигателей должна создавать перегрузку еще больше. Тогда ракета начнет двигаться вверх от поверхности. Но этого мало: перегрузка должна так ускорить ракету, чтобы она смогла достичь орбитальной скорости на заданной высоте над планетой. И отметим: это отнюдь не первая космическая скорость, которая определяется всегда для поверхности небесного тела (то есть для нулевой высоты над ней).

При слабой перегрузке (хотя и больше единицы для взлета с поверхности) ракета будет разгоняться медленно и долго (при этом все время интенсивно сжигая топливо). А ведь запас топлива ограничен, и его должно хватить для выхода на орбиту. Поэтому перегрузка должна успеть разогнать ракету до орбитальной скорости чуть раньше, чем закончится топливо. На какой высоте над планетой Х мы расположим целевую (на которую нужно выйти) орбиту, сколько потребуется топлива для выхода туда — это определит набор факторов: масса корабля (полезной нагрузки), энергоемкость топлива, совершенство двигателей, создаваемая ими тяга и перегрузка, массовое совершенство конструкции ракеты, выбор траектории выведения, и другие параметры.

Сформулируем ответ: для того, чтобы космический корабль (в качестве активной взлетной ступени) смог покинуть планету с «силой гравитации в 1,5 раза больше, чем на Земле», он должен обладать достаточной для взлета тягой двигателей (как минимум чтобы взлетная перегрузка была больше местной единицы для подъема с поверхности планеты) и запасом топлива для выхода на орбиту. Вернее, сочетанием тяги двигателей и запаса топлива, вместе позволяющим выйти на низкую орбиту вокруг планеты Х. Это легче сделать с Луны с ее гравитацией всего в 1/6 земной. А в условиях гравитации в 1,5 раза больше земной это означает взлет мощной заправленной ракеты-носителя, предварительная посадка которой на планету Х видится сегодня нереальной. Чтобы она стала реальной, нужна местная заправка топливом — или принципиально другие двигатели и запас энергии, вроде ядерных двигателей большой тяги, достаточных для старта с планеты Х.

После этого возможен второй этап — покидание гравитационного поля планеты. Тут важен лишь запас топлива, обеспечивающий приращение скорости и энергии корабля для такого покидания. А уровень тяги двигателей не ограничен требованиями взлета с поверхности планеты (перегрузка больше местной единицы) или временем разгона до нужной скорости. Перейти с низкой орбиты на траекторию покидания гравитационного поля планеты Х можно и за долгое время, несколькими отдельными включениями двигателей, или даже непрерывной длительной (месяцы и годы) работой двигателя с очень малой тягой, но все же постепенно разгоняющей корабль до скорости покидания. Эта скорость (зависящая от высоты над планетой; для покидания с поверхности планеты она называется второй космической скоростью) обеспечит удаление от планеты бесконечно далеко с полным решением заданного вопроса.

Комментарии

11 Комментариев
Donwer Crid
20.05.2024
-
-2
+
Реально воды налил, а ответ не дал. Очевидно речь в вопросе идёт про вторую космическую скорость.
    -
    0
    +
    Donwer, весьма спорно
    Реально воды налил, а ответ не дал
    Какой вопрос, такой ответ. Что хотел спросить автор вопроса не понятно, поэтому и ответ в вариантах. Если уж корабль смог нормально сесть на такую планету, то и взлететь тогда он за всегда сможет, но при условиях перечисленных в ответе.
    alexey al
    20.05.2024
    -
    0
    +
    Donwer, да не. Автор максимально подробно изложил проблематику. А ты достаточно глупый, чтобы ничего не понять, обидеться, попытаться по детски вылить обиду на автора, а в итоге лишь опозориться. Но в чем суть твоего позора, нужно ещё понять. А ты и уже ничего не понял 🤣
Столько воды, а ответа нет. (
    -
    0
    +
    Дмитрий, задаче банально не хватает условий что и хотел пояснить эксперт. На взлетит/не взлетит влияет не только сила тяжести. Поэтому если понимать вопрос буквально - нет не взлетит. А вот если начать уточнять вводные тут возможны варианты. К примеру, планета лишена атмосферы и компенсирует ли ее отсутствие большую силу тяжести при прочих равных условиях. Но вот станет ли эксперт проделывать такой расчет чисто ради лузлов это надо у него спрашивать 😁
-
0
+
Вся эта болтовня важна очень даже, но только в наше время и с нашей степенью деградации или прогресса, кому как нравится. Это сродни первым пилотам самолётов, вычислявшим кучу параметров, державшим в уме массу нюансов, влияющих на полёт. Однако со временем увеличилась в разы возможность техники, сила тяги двигателей и др. В итоге такая скурпулезность среди пилотов, отпала сама собой. За ненадобностью.
    -
    0
    +
    игорь, и нафига у современных летчиков на пультах столько приборов... для красоты наверное. Учат их зачем-то в академиях по пять лет когда "скрупулёзность отпала" если конечно вам верить на слово 😂
    +
      ещё комментарии
      Иван, приборов в современном самолёте не на много больше, чем в современном автомобиле. Приборы есть основные и вспомогательные. Основные - это указатели скорости, тангажа, крена. К вспомогательным относятся всевозможные датчики температуры, давления и т.д.. Обращаются к ним только в какой-то непонятной ситуации, как и любой человек в машине. Учат на пилота не пять лет. Обучение на лицензию PPL занимает примерно пол года. Другое дело получение лицензии ATPL, которая позволяет работать пилотом именно на боингах и эирбасах... Но это совсем другая история.
        -
        0
        +
        Александр, я в курсе что лицензию частного пилота можно получить за полгода. Но даже там учат не только рулить. Как впрочем и водителей современного автомобиля. Впрочем все это дешевый оффтоп вопрос-то в теме был совсем о другом. Ну да эксперт малость увлекся и развил тему вместо того чтобы ответить "в духе прогресса" - взлетит коли движок на то рассчитан и топлива хватит. А не взлетит так одним "современным пилотом" меньше.
      -
      1
      +
      Иван, но ведь Игорь, похоже, и имел ввиду что на заре авиации пультов, приборов, компьютеров и автопилотов не было и основные параметры приходилось вычислять самому на свой страх и риск. О чашке кофе за штурвалом никто и не мечтал, а больше о том как бы удачно сесть.
Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос

Похожие вопросы

Несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, поставленный вами вопрос совсем нетривиален. Течение песка не...Читать далее

Краткий ответ: планеты не улетают от своих звезд просто так. Но если бы подобное случилось, то жизнь на...Читать далее

Нет, не может! Атмосфера окружает всю Землю тонким слоем, а удар метеорита происходит в конкретной точке....Читать далее

На этот вопрос ответить одновременно и легко, и сложно. Если мы строим нечто такое, что на это «нечто»...Читать далее

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно