На днях я думал о премии Google XPrize для космических путешествий.
Чтобы получить награду за создание робота, который летит на Луну, преодолевает 500 м и передает данные, мне пришла в голову идея построить крошечный корабль размером с шарик и выстрелить им по Луне из рельсотрона.
Теория состоит в том, что, поскольку масса корабля размером с мрамор составляет лишь часть размера обычного шаттла, для его доставки на Луну требуется экспоненциально меньше энергии.
Итак, если бы вы могли нацелить его правильно и выстрелить с достаточной силой, чтобы избежать земного притяжения (скажем, его вес 1 унция), не могли бы вы отправить свой собственный корабль на Луну, по сути, из картофельной пусковой установки?
Почему это не работает?
Преимущество запуска большой ракеты заключается в следующем: вы можете нести топливо на корабле, чтобы вы могли производить необходимую кинетическую энергию, чтобы преодолеть гравитацию Земли и сопротивление воздуха, чтобы вырваться из гравитационного захвата планеты. Это может быть сделано в течение длительного периода времени или высоты в атмосфере, так что ваша скорость сначала будет низкой, а затем увеличится по мере сжигания большего количества топлива. Поскольку сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости, а также пропорциональна давлению воздуха, гораздо эффективнее иметь низкую скорость у земли, а затем увеличивать скорость, когда она выше.
Стрельба по мрамору — это наоборот. Вы достигаете максимальной скорости в точке выхода из вашего устройства рельсовой пушки. Скорость убегания на уровне моря составляет 11 км/с, но это без учета потерь на сопротивление воздуха. Вам нужно будет быть еще быстрее на выходе из дула/рельсовой пушки, если вы примете это во внимание. Взглянув на Википедию, я узнал, что самые быстрые военные рельсовые пушки могут развивать скорость всего 2 км/с.
Вы заметили, что меньший (менее массивный) объект будет иметь там гораздо меньшую потенциальную энергию. И вы заключаете, что могли бы дать достаточно кинетической энергии в самом начале и подбросить ее на Луну. Да, вы могли бы преодолеть гравитацию таким образом.
Однако потенциальная сила (гравитация) — это только одна сторона медали. По мере того, как объект становится меньше, поверхностные силы (сопротивление) уменьшаются квадратично, становясь относительно большими по сравнению с объемными силами, такими как инерция * и гравитация, которые были единственными силами, которые вы заметили. И силы лобового сопротивления вы бы не преодолели.
Это будет означать два эффекта. Во-первых, по мере уменьшения размера ему потребуется все более и более высокая скорость, поскольку его инерция будет слабее по сравнению с сопротивлением. Но еще хуже побочный эффект сопротивления. Буквально побочные эффекты. Ваш мрамор просто сдуло бы ветром. Даже если вы заставите его улететь в космос, шанс попасть в Луну будет ничтожен.
Аналогичная ситуация наблюдается и в бактериальном мире - они настолько малы, что в их физике преобладают силы сопротивления - нет инерции, и они не могут плавать так, как это делают рыбы.
Кайл Канос
Řídící