據(jù)國外媒體報道，對許多人來說，尼爾·阿姆斯特朗所說的登上月球表面的“一小步”，是毫無疑問的人類“偉大跨越”;而美國航空航天局(NASA)宇航員、化學工程師，同時也是一位博學家的唐納德·佩蒂特(Donald Pettit)則不這么看，他認為人類的偉大跨越其實就發(fā)生在距離地球更近的地方。
根據(jù)計算，如果地球直徑增大50%(同時保持相同的密度)，我們就無法進行太空冒險，至少是無法用火箭來進行運輸了。
“人類的偉大跨越并不是在月球上的第一步，而在于到達地球軌道，”佩蒂特在2012年這樣寫道。邁向太空的這第一步，即到達距離地球約400千米的地球軌道，所需的總能量是到達火星所需能量的一半。而從地球軌道到月球之間的任何目的地，所需的能量與到達地球軌道比起來，都只是一小部分。
之所以如此，正是由于地球重力的巨大量級?？梢哉f，總成本上如果少花一美元，地球就將把火箭或飛船重新“收回”地面，過程顯然不會太溫柔。
地球的重力影響之大，使得目前火箭重量的80%到90%都由推進燃料組成，唯有如此才能將火箭送上太空。佩蒂特稱，這意味著坐在火箭頂端其實比坐在一桶汽油上面更加危險。與此同時，火箭上留給食物、計算機、科學實驗設備和宇航員的空間也變得很有限。
盡管有這些不盡如意的地方，但我們其實應該感到慶幸。“如果我們的地球半徑變大，可能就會有一個臨界點，使我們無法建造出能逃脫地球束縛的火箭，”佩蒂特說道。利用齊奧爾科夫斯基火箭方程，他計算出了這個臨界點。
讓我們假設建造一枚推進燃料占總重量達到96%的火箭，并選擇已知能效最高，也經(jīng)常使用的氫-氧化學燃料。將相關數(shù)值填入火箭方程中，我們可以把逃逸速度的計算結果轉變成行星半徑，從而得出臨界點時的半徑大約為9680千米。
地球半徑是6670千米，也就是說，在現(xiàn)有的技術條件下，如果地球直徑增大50%(同時保持相同的密度)，我們就無法進行太空冒險，至少是無法用火箭來進行運輸了。
佩蒂特的思想實驗強調了幾個關鍵問題。首先，盡管火箭作為人類向外太空的運輸工具發(fā)展得很成功，但悲哀的是，它們的效率其實低得驚人。
如果可能，我們必須找到突破地球重力束縛的新技術。一些科幻小說已經(jīng)提出了許多方法，但幾乎都沒有被實際測試過，甚至都沒有具體的闡述。
其次，在月球上建立一個發(fā)射基地似乎要更可行得多。月球的逃逸速度只有地球的21.3%。地球上的火箭發(fā)射會發(fā)出可怕的轟鳴聲，但在月球上，同樣的發(fā)射或許會顯得沉悶得多。雖然在月球上建立發(fā)射基地看起來還很遙遠，但隨著3D打印技術和材料科學的發(fā)展，這一設想將變得越來越清晰。
畢竟，要實現(xiàn)這一切，我們還需要從月球本身或附近的彗星、小行星等天體上獲取大部分的原材料。又或者，我們可以只把月球當作一個“加氣站”，將月球上存儲的水冰轉化成氫-氧燃料。
用佩蒂特的話來說，現(xiàn)在的地球依然像暴君一樣束縛著人類。盡管人類突破地球重力的時間還非常短暫，但未來我們獲得真正自由的可能還是存在的。
下載文檔
