||
记得中国载人航天进行第一次太空行走时,宇航员开始打不开舱门,费了很大劲才成功。后来回到地面,谈起这个问题,宇航员说可能是因为光压。我当时觉得宇航员似乎缺乏基本物理数值概念,但是也没有去算。现在看看。太阳光单位时间发出能量为 J,日地距离为 D,阳光垂直照在地面每平方米的最大光压(假设完全反射)为:
$F = \frac{2J}{4 \pi D^2 c}= 9.45 \times 10^{-6} (N)$
突然想到一个问题,如果用一个巨大的反光帆 (solar sail) 通过反射阳光获得动力,需要多大的阳帆呢?
$m\ dv = 2 \frac{J A}{4\pi d^2c} dt - G \frac{m \ M}{d^2} dt$
也就是
$\frac{dv}{dt} = \left( 2 \frac{J A}{4\pi c\ m} - G \ M \right) \frac{1}{d^2}$
可见,太阳帆力与引力类似,都是平方反比,只是方向不同。对上面方程积分。
$v^2 = v_0^2 + 2 \left( 2 \frac{J A}{4\pi c\ m} - G \ M \right) (\frac{1}{d_0} - \frac{1}{d})$
因此飞船的最终速度为(d无穷)
$v^2 = v_0^2 + 2 \frac{GM}{d_0} \left( \frac{J A}{2\pi c\ m GM} - 1\right)$
$A > \frac{4\pi c\ m GM }{J}$
现在我们代入数字看看,太阳能量输出为 3.86 10^26 瓦,太阳质量为 1.9 x 10^30 kg, 假设飞船质量为10吨,我们算出
$A= 1.295 \times 10^7$ 平方米
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-11-20 17:35
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社