Дэлхийгээс зугтах төлөвлөгөө: тойрог замаас гарах товч гарын авлага

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

Саяхан Хабре дээр сансрын цахилгаан шат барихаар төлөвлөж байгаа тухай мэдээ гарсан. Олон хүмүүсийн хувьд энэ нь Halo-ийн асар том бөгж эсвэл Дайсон бөмбөрцөг гэх мэт гайхалтай, гайхалтай зүйл мэт санагдсан. Гэхдээ ирээдүй нь санагдахаас илүү ойр, диваажинд хүрэх шат нь бүрэн боломжтой, магадгүй бид үүнийг амьдралынхаа туршид харах болно.

Одоо би яагаад Москва-Петрийн тасалбарын үнээр Дэлхий-Сарны тасалбар худалдаж авч болохгүй вэ, лифт нь бидэнд хэрхэн тусалж, газарт унахгүйн тулд юуг тэсвэрлэхийг харуулахыг хичээх болно.

Пуужингийн техник хөгжиж эхэлсэн цагаас л түлш нь инженерүүдийн толгойны өвчин байсан. Хамгийн дэвшилтэт пуужинд ч гэсэн түлш нь хөлөг онгоцны массын 98 орчим хувийг эзэлдэг.

Хэрэв бид ОУСС-ын сансрын нисгэгчдэд 1 кг жинтэй цагаан гаатай уут өгөхийг хүсвэл ойролцоогоор 100 кг пуужингийн түлш шаардагдана. Пуужин зөөгч нь нэг удаагийнх бөгөөд зөвхөн шатсан хог хаягдал хэлбэрээр дэлхий рүү буцах болно. Үнэтэй цагаан гаатай талх авдаг. Усан онгоцны жин хязгаарлагдмал бөгөөд энэ нь нэг хөөргөх ачааг хатуу хязгаарласан гэсэн үг юм. Мөн хөөргөх бүр зардалтай байдаг.

Хэрэв бид дэлхийн тойрог замаас цааш хаа нэгтээ нисэхийг хүсвэл яах вэ?

Дэлхийн өнцөг булан бүрээс ирсэн инженерүүд суугаад: Сансрын хөлөг илүү ихийг авч, цааш нисэхийн тулд ямар байх ёстой вэ?

Пуужин хаашаа нисэх вэ?

Инженерүүд ингэж бодож байтал хүүхдүүд нь хаа нэгтээ хужир, картон олоод тоглоомон пуужин хийж эхэлжээ. Ийм пуужингууд өндөр байшингийн дээвэр дээр хүрч чадаагүй ч хүүхдүүд баярлаж байв. Тэгтэл хамгийн ухаалаг бодол толгойд орж ирэв: "Пуужин руу ахиж хужир түлхэцгээе, тэгвэл тэр илүү өндөрт ниснэ".

Гэвч пуужин хэт хүнд болсон тул дээш ниссэнгүй. Тэр бүр агаарт гарч чадсангүй. Хэсэг хугацааны турш туршилт хийсний дараа хүүхдүүд пуужин хамгийн өндөр нисдэг давсны оновчтой хэмжээг олжээ. Хэрэв та илүү түлш нэмбэл пуужингийн масс түүнийг доош татна. Хэрэв бага бол - түлш эрт дуусна.

Хэрэв бид илүү их түлш нэмэхийг хүсч байвал зүтгүүрийн хүч илүү их байх ёстой гэдгийг инженерүүд хурдан ойлгосон. Нислэгийн хүрээг нэмэгдүүлэх хэд хэдэн сонголт байдаг:

• түлшний алдагдал хамгийн бага байхын тулд хөдөлгүүрийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх (Laval хушуу)
• түлшний хувийн импульсийг нэмэгдүүлэх, ингэснээр түлхэлтийн хүч ижил түлшний массад илүү их байх болно

Хэдийгээр инженерүүд байнга урагшилж байдаг ч хөлөг онгоцны бараг бүх массыг түлшээр авдаг. Шатахуунаас гадна сансарт хэрэгтэй зүйл илгээхийг хүсч байгаа тул пуужингийн замыг бүхэлд нь нарийн тооцоолж, хамгийн багадаа пуужинд оруулдаг. Үүний зэрэгцээ тэд селестиел биетүүд болон төвөөс зугтах хүчний таталцлын тусламжийг идэвхтэй ашигладаг. Даалгавраа дуусгасны дараа сансрын нисэгчид: "Залуус аа, саванд бага зэрэг түлш байна, Сугар руу нисье" гэж хэлдэггүй.

Гэхдээ пуужин хоосон савтай далайд унахгүй, харин Ангараг руу нисэхийн тулд хэр их түлш шаардагдахыг хэрхэн тодорхойлох вэ?

Сансрын хоёр дахь хурд

Хүүхдүүд мөн пуужинг илүү өндөрт нисэхийг оролдсон. Тэд бүр аэродинамикийн сурах бичиг авч, Навье-Стоксын тэгшитгэлийн талаар уншсан боловч юу ч ойлгоогүй бөгөөд зүгээр л пуужинд хурц хамартай болжээ.

Тэдний танил өвгөн Хоттабыч хажуугаар өнгөрч, залуус юунд гунигтай байгааг асуув.

- Өө, өвөө, хэрэв бидэнд хязгааргүй түлштэй, бага масстай пуужин байсан бол тэр тэнгэр баганадсан барилга руу, бүр уулын орой хүртэл нисэх байсан байх.

- Энэ хамаагүй, Костя-ибн-Эдуард, - гэж Хоттабыч сүүлчийн үсээ зулгааж, - энэ пуужингийн түлш хэзээ ч дуусахгүй байх болтугай.

Баяр хөөртэй хүүхдүүд пуужин хөөргөж, дэлхий рүү буцаж ирэхийг хүлээж байв. Пуужин тэнгэр баганадсан барилга руу ч, уулын орой руу ч ниссэн боловч зогссонгүй, цааш нисч, нүднээс алга болтлоо нисчээ. Хэрэв та ирээдүй рүү харвал энэ пуужин дэлхийг орхиж, нарны аймаг, манай галактикаас нисч, орчлон ертөнцийн уудам талыг эзлэхийн тулд гэрлийн хурдаар ниссэн юм.

Хүүхдүүд бяцхан пуужингаа яаж ийм хол нисч чадаж байгааг гайхаж байлаа. Эцсийн эцэст, тэд сургууль дээрээ Дэлхий рүү буцаж унахгүйн тулд хурд нь сансрын хоёр дахь хурдаас (11, 2 км / с) багагүй байх ёстой гэж тэд хэлсэн. Тэдний жижиг пуужин ийм хурдад хүрч чадах болов уу?

Гэвч тэдний инженер эцэг эх нь хэрэв пуужинд хязгааргүй түлшний нөөц байгаа бол түлхэлт нь таталцлын хүч болон үрэлтийн хүчнээс их байвал хаана ч нисч чадна гэж тайлбарлав. Пуужин хөөрөх чадвартай тул түлхэх хүч нь хангалттай бөгөөд задгай сансарт илүү хялбар байдаг.

Сансрын хоёр дахь хурд нь пуужинд байх ёстой хурд биш юм. Энэ бол бөмбөгийг газрын гадаргаас шидэх ёстой бөгөөд ингэснээр буцаж ирэхгүй байх ёстой. Пуужин бөмбөгнөөс ялгаатай нь хөдөлгүүртэй. Түүний хувьд хурд биш, харин нийт түлхэц чухал юм.

Пуужингийн хувьд хамгийн хэцүү зүйл бол замын эхний хэсгийг даван туулах явдал юм. Нэгдүгээрт, гадаргуугийн таталцал илүү хүчтэй байдаг. Хоёрдугаарт, Дэлхий ийм хурдтай нисэхэд маш халуун байдаг шигүү уур амьсгалтай. Мөн тийрэлтэт пуужингийн хөдөлгүүр нь вакуумаас хамаагүй муу ажилладаг. Тиймээс тэд одоо олон шатлалт пуужингаар нисдэг: эхний шат нь түлшээ хурдан зарцуулж, тусгаарлагддаг бөгөөд хөнгөн жинтэй хөлөг онгоц бусад хөдөлгүүрүүд дээр нисдэг.

Константин Циолковский энэ асуудлын талаар удаан бодож, сансрын цахилгаан шатыг зохион бүтээжээ (1895 онд). Дараа нь мэдээж тэд түүнийг шоолж инээв. Гэсэн хэдий ч тэд пуужин, хиймэл дагуул, тойрог замын станцуудаас болж түүнийг шоолж, ерөнхийдөө "Бид энд машиныг бүрэн зохион бүтээгээгүй байна, гэхдээ тэр сансарт явж байна" гэж түүнийг энэ ертөнцөөс гадуур гэж үздэг байв.

Дараа нь эрдэмтэд энэ тухай бодож, түүн рүү орж, пуужин нисч, хиймэл дагуул хөөргөж, хүн ам суурьшсан тойрог замын станцуудыг барьсан. Циолковскийг хэн ч инээдэггүй, харин ч эсрэгээрээ түүнийг маш их хүндэлдэг. Мөн тэд хэт хүчтэй графен нано гуурсуудыг олж илрүүлэхдээ "тэнгэрт хүрэх шат"-ын талаар нухацтай бодсон.

Хиймэл дагуулууд яагаад унахгүй байна вэ?

Хүн бүр төвөөс зугтах хүчний талаар мэддэг. Бөмбөгийг утсан дээр хурдан мушгивал газар унахгүй. Бөмбөгийг хурдан эргүүлэхийг хичээцгээе, дараа нь эргэлтийн хурдыг аажмаар удаашруулна. Хэзээ нэгэн цагт эргэхээ больж, унах болно. Энэ нь төвөөс зугтах хүч дэлхийн таталцлыг тэнцвэржүүлэх хамгийн бага хурд болно. Хэрэв та бөмбөгийг илүү хурдан эргүүлбэл олс илүү сунах болно (мөн хэзээ нэгэн цагт энэ нь тасрах болно).

Мөн дэлхий ба хиймэл дагуулуудын хооронд "олс" байдаг - таталцал. Гэхдээ ердийн олсноос ялгаатай нь түүнийг татах боломжгүй юм. Хэрэв та хиймэл дагуулыг шаардлагатай хэмжээнээс хурдан "эргэх" бол "хөөрөх" болно (мөн зууван тойрог замд орох, эсвэл бүр нисэх болно). Хиймэл дагуул дэлхийн гадаргууд ойртох тусам түүнийг хурдан "эргэх" шаардлагатай болдог. Богино олс дээрх бөмбөг нь уртаас илүү хурдан эргэлддэг.

Хиймэл дагуулын тойрог замын (шугаман) хурд нь дэлхийн гадаргуутай харьцуулахад хурд биш гэдгийг санах нь чухал юм. Хиймэл дагуулын тойрог замын хурд 3.07 км/с гэж бичсэн бол энэ нь гадарга дээр галзуу мэт эргэлдэж байна гэсэн үг биш юм. Дэлхийн экватор дээрх цэгүүдийн тойрог замын хурд нь 465 м / с байна (зөрүүд Галилеогийн хэлснээр дэлхий эргэдэг).

Үнэн хэрэгтээ утсан дээрх бөмбөг болон хиймэл дагуулын хувьд шугаман хурдыг биш, харин өнцгийн хурдыг (бие секундэд хэдэн эргэлт хийдэг) тооцоолдог.

Хиймэл дагуул болон дэлхийн гадаргуугийн өнцгийн хурдууд давхцах тийм тойрог зам олдвол хиймэл дагуул гадаргын нэг цэг дээр дүүжлэх болно. Ийм тойрог зам олдсон бөгөөд үүнийг геостационар орбит (GSO) гэж нэрлэдэг. Хиймэл дагуулууд экваторын дээгүүр хөдөлгөөнгүй унжиж, хүмүүс хавтангаа эргүүлж, "дохио барих" шаардлагагүй.

Буурцагны иш

Гэхдээ ийм хиймэл дагуулаас олсыг нэг цэг дээр унжуулсан тул яг газарт буулгавал яах вэ? Хиймэл дагуулын нөгөө үзүүрт ачааг хавсаргавал төвөөс зугтах хүч нэмэгдэж, хиймэл дагуул болон олсыг хоёуланг нь барих болно. Эцсийн эцэст, хэрэв та бөмбөгийг сайн эргүүлбэл унадаггүй. Дараа нь энэ олсоор ачааг шууд тойрог замд өргөж, хар дарсан зүүд шиг олон шатлалт пуужингууд, бага даацтай, килотоноор түлш иддэгийг мартах боломжтой болно.

Ачааны агаар мандлын хөдөлгөөний хурд бага байх бөгөөд энэ нь пуужингаас ялгаатай нь халаахгүй гэсэн үг юм. Тулгуур цэг байдаг тул авирахад бага эрчим хүч шаардагдана.

Гол асуудал бол олсны жин юм. Дэлхийн геостационар тойрог зам нь 35 мянган километрийн зайд оршдог. Хэрэв та 1 мм-ийн диаметртэй ган шугамыг геостационар тойрог замд сунгавал түүний масс 212 тонн болно (мөн өргөгчийг төвөөс зугтах хүчээр тэнцвэржүүлэхийн тулд илүү их татах шаардлагатай). Үүний зэрэгцээ энэ нь өөрийн жин, ачааны жинг тэсвэрлэх ёстой.

Аз болоход, энэ тохиолдолд ямар нэг зүйл бага зэрэг тусалдаг тул физикийн багш нар оюутнуудыг ихэвчлэн зэмлэдэг: жин ба жин хоёр өөр зүйл юм. Кабель дэлхийн гадаргуугаас цааш сунах тусам жингээ хасдаг. Хэдийгээр олсны хүч ба жингийн харьцаа асар их байх ёстой.

Нүүрстөрөгчийн нано хоолойтой бол инженерүүд найдвар төрүүлдэг. Одоо энэ бол шинэ технологи бөгөөд бид эдгээр хоолойг урт олс болгон мушгиж чадахгүй байна. Мөн тэдний дизайны хамгийн их хүч чадалд хүрэх боломжгүй юм. Гэхдээ дараа нь юу болохыг хэн мэдэх вэ?