同步轨道3.6万公里,可是为什么太空电梯在9万公里,还能保持同步运动?

作者: 力学Nerd王小胖分类: 科学科普 发布时间: 2023-01-26 17:19:35 浏览:57158 次

同步轨道3.6万公里,可是为什么太空电梯在9万公里,还能保持同步运动?

石头依然XX:
3.6万公里以上不需要额外的动力是说法需要补充一下,配重端势能和动能(速度)均高于3.6万公里,因此需要额外做功才能去到那里。只是说电梯可以不用单独动力,可以是电梯电缆拖拽,最终整个系统还是需要外部做功。

【回复】不需要外部动力了。 配重不断释放-回收就可以像吊机一样把载荷吊起来了,最终地球转动动能降低
【回复】配重必须在9万公里吗?
【回复】回复 @一只深沉 :我觉得会是配重失稳,因为这条绳索垂直于水平面是我们设定好的,不是说它一直是不变的。如果没有额外的作用力控制配重,肯定是配重的运动形式发生变化,至于怎么变,我就不太清楚了。
陌客马丁:
其实电影里太空电梯还有一个问题,修建太空电梯就是为了不必再用火箭发动机发射,而可以拉绳索缓慢升入太空,既节省能源(可以使用电力不必将大部分能量都浪费在运送燃料上),又能以很低的加速度减轻人机负担,可电影里还是用的火箭发动机,还是很大的加速度,那电梯不是白修了吗

【回复】因为他这个就不是火箭发动机,俯视视角里推进器位置有进气风扇,所以这个应该是超大功率的喷气发动机,或者其他类型的大功率可重复使用推进器,不是火箭发动机
【回复】只是在近地阶段使用化学燃料推动,后半段是缆绳电磁牵引。纯电磁的初始加速慢,剧情里开始也说了月球上都是自动化在修建月球发动机,可以猜想地面上运送物资的时候两边也是自动对接不会同时送人上去。另外这也不是观光电梯,在全人类危急存亡的时候选择效率很高的也可以理解。还有吴京秋雅他们属于选拔宇航员,多次的高G值往返是选拔训练流程。
【回复】为了追求速度吧,电磁加速太慢了,用火箭发射可以赋予轿厢一个极大的初速度,然后再拉上去,可以提高运输效率。
晓雨沙沙:
老师您在计算配重时忽略了电梯自身长度对引力和离心力的平衡作用,所以配重较小时100万公里的高度就不对了[喜极而泣] 不添加配重时,对电梯离心力和离心力进行积分,得到的平衡高度在10万公里。所以电影中有配重的情况下电梯9万公里的高度是可行的[doge]

【回复】对的,其实配重只要大于同步轨道高度就行了,不一定非要9万公里。视频里作者是通过凑了一个配重质量和拉力凑出高度9万公里的。配重质量和高度的选取原则是:能够平衡缆绳自重在同步轨道处产生的拉力。缆绳拉应力在同步轨道内随高度单调递增,同步轨道外单调递减,所以配重位置越远离同步轨道,自身的离心力越大,并且需要提供的拉力也越小,因此质量也就越小;另一方面,不能一味增加配重距离,否则缆绳材料消耗太大。配重质量与高度的选取,是综合平衡发射配重的资源消耗和缆绳材料消耗的结果。
【回复】也是,一百万公里,本身说不定就可以当配重了
【回复】回复 @不甜的_西瓜 : MATLAB解出来是14万5千公里
Axbkl:
电影中空间站基本处于地球同步轨道的高度,可能稍高一点,因为缆绳本身也很重,所以必须在更高的高度加配重,从而使整个太空电梯的质心正好处于地球同步轨道上

【回复】而且电影也有细节,太空站是在一万公里高,配重在九万公里高,物资中转站在5000公里
【回复】回复 @孤独不顾忌 :问题是电影里他炸的是太空站停泊口的那一段线缆,实际上炸的是下面那一段,也就是理论上太空站是会被配重带着往外飘,不过呢电影呢也是为剧情服务了一万公里高,哪怕质量再怎么大,也得飞好几天才能掉地上,而且压根儿就砸不到原地
【回复】空间站在一万公里处,太空电梯特辑里面有个画面介绍了
韭中韭中韭:
又刷到up了,可惜up电影还是没好好看,空间站就是在同步轨道的,配重配的是空间站下面缆绳的拉力的。因为那么高的缆绳是很重的。空间站也是因为下面的缆绳没断才拉下来的。

【回复】回复 @力学Nerd王小胖 :空间站位置没有明说,但是最高9万公里是说了的。至于空间站,主角在坐电梯到空间站后是失重了,以地球同步速度,失重只会在同步轨道,这个没有争议
【回复】有人评论说空间站在一万公里。我没关注到这个细节,有时间再去二刷一下。
【回复】回复 @韭中韭中韭 :空间站被绳索向下拉,不会减速,而会加速,高度只要下降,速度就会提升,地球角速度不变,空间站位置低了,角速度增大,最后会出现地面部分绳索只向东移动一点点,而很高的位置会向东窜出去很远
杜鹃啼血入土无痕:
空间站掉下来没问题,主要问题是空间站还3万多公里的高度上掉下来,时间应该是很长的,而且不可能是直上直下,顺着飞行方向绕地球飞几圈慢慢降低高度直到坠毁才符合物理定律,像电影里才几分钟就垂直掉到地面是不可能的

【回复】知乎上流浪地球的科学顾问过了,电影剪了很多,太空电梯爆炸有很多阶段,全剪了[大笑]
【回复】回复 @q透明中的透明p :解谜了,我就说咋突然就掉下来了[doge]从同步轨道垂直坠落确实比较麻烦,除非空间站有强大的推进器和一大堆dV
【回复】电影节奏加快了,不可能说真等他掉下来就要等30分钟
T37125:
其实……太空电梯这玩意可能不现实,但要想迈入星辰大海,这玩意必须要有,或者有响应的替代品。

【回复】是的,就像高达里说的,被重力诅咒的灵魂,地球之于人类毫无疑问是摇篮,但摇篮会不会变成监狱就不好说了,起码我们有机会逃离这个未来可能是监狱的地方,这也是太空电梯的意义,但对于别的有生命的星球就不一定了,他们可能由于缺少某些关键元素永远都逃不出自己的母星
【回复】回复 @一人一车看世界 :你说的可回收火箭跟太空电梯的效率没法比,火箭每次升空都要对自身以及携带的燃料额外做功,太空电梯可以通过本身的电缆直接将能量输送到太空,不需要携带燃料就能持续运输物资。如果运送到太空的总物资达到百亿吨的量级,你用火箭每次就送几千吨要送到什么时候?
【回复】回复 @一人一车看世界 :最多一天三千公里?太空电梯是可以不断加速的,哪怕加速度只有一个g,你算算一天能加到多少。地面的电梯速度慢是因为高度不够,最多一千多米没必要一直加速。
残阳熙照:
大家可以想象一下,手里拿着一根橡皮筋,另一头绑一个铁球,用橡皮筋甩着铁球围着自己转圈圈。铁球就是远端的配重块,橡皮筋就是电梯,而空间站在橡皮筋中间某一点上,而这个点就在地球的同步轨道上,也是整个系统的质心。如果空间站被摧毁,也就是说橡皮筋从这个点断了,铁球会被甩出去,而橡皮筋会弹回来打到你身上。因为失去了配重,整个系统的质心离地球更近了,就不在同步轨道上了,所以会整个栽下来落回地球上。这里必须要考虑电梯缆索本身的质量,反而空间站质量在那么庞大的电梯面前,才是一个很渺小,甚至可以忽略的点,因此空间站只是位于整个系统质心上以方便后续脱离,并不会对电梯系统产生明显的影响。而如果空间站在脱离前是固定在电梯上的,那电梯断开的话,空间站就会被下半部分拉着坠落最后回到地球上。当然落点肯定不可能在原点了,这个不知道是bug还是说可能根本就不在原来的位置,只是恰好砸中了另一座基地。毕竟从空战开始到坠落,大家都在战斗机上,说不定打着打着战场换地方了也说不定。[笑哭]

安布雷拉伞公司:
明白了,下次有人问“空间站应该被甩出去”我就把这个视频甩他脸上[吃瓜][吃瓜]

【回复】回复 @保护伞公司临时工07 :确实不会,在轨道上的线速度比地球自转线速度快,所以空间站应该掉在底座东边很远的地方,应该会掉在太平洋里
【回复】回复 @都没看错 :看一下角动量呗。 角速同地球自转,掉下来会越转越快吧
【回复】回复 @保护伞公司临时工07 :他说的是有道理的
歪比歪比巴卜喔:
https://b23.tv/BV1x84y1j7Zn 这个视频里说了,空间站位于同步轨道,配重末端总长90000公里

【回复】回复 @力学Nerd王小胖 : 电影里有一张图,上面示意空间站施工点位于一万公里处,电梯被炸的时候空间站还在建。
机车少爷:
影片中还有一个问题无法解释,水下密闭空间即便有空气也是与水等压的,无法除去潜水服。

【回复】没问题的,当时不是有带鱼吗?带鱼出现在60到100米深的海底,然后我查了下无装备人潜水最深113谜,这个深度不用潜水服没问题的
【回复】回复 @Shoko桑 :服务器机组是可以的,现实中有很多大型计算机是整机进水来散热的,但是周边供电应该是不防水的(比如照明电灯的线路)不过也不排除电影里预测到海平面会上升,把电气线路全部做了防水处理。
【回复】回复 @机车少爷 :几秒?这就是你不懂了[doge]水肺深潜运动中潜到100米以下的人有很多,为防止内外压差出现减压病,全过程甚至需要十几个小时。下潜阶段稍快需要几个小时,在最深处一般会停留半个小时左右,每上浮十几米停留半个到一个小时。 目前水肺深潜记录为332米,水下时间为15小时,其中一半以上时间在100米以下。
看看我の头像:
哈哈哈!其实我🈶️另一个方向觉得还太空电梯做不了!不考虑up说的力的问题、假定太空段是无引力的but🌍地球段是有重力的那么在高速旋转的情况下一定🈶️很大的摩擦力……电影里也没考虑线缆材料能不能承受but纹丝不动树直向上就是错的❌

【回复】这是你无知了。就是因为重力抵消离心力,太空电梯与地球自转同步,在地面看来就是竖直杵着静止不动
【回复】你很聪明! 赤道上的人类都是超人,他们每时每刻都在超音速的大风里吃饭睡觉打豆豆[星星眼]
【回复】额,太空电梯和地球锁定了,哪儿来的摩擦力?
丶二十三弦急丶:
可控聚变啊,甚至是小型化,或成体系的各种类型的安全反应堆,如果人类的材料学点到了这一步,能源也得点到这一步,化学能燃料的能量释放形式太过原始和浪费,指望靠化学能完成影片的科技是不可能的,他们一定不会用化学能燃料,我觉得游戏戴森球计划的路线就有点道理,电磁矩阵,掌握绝对的电磁学,能源矩阵,掌握高效的能源使用形式和科技,结构矩阵,掌握各种高强度材料制造和科技,信息矩阵,掌握高效的信息传递方式和科技,比如量子通讯手段,结合材料学突破量子计算机,之后是引力矩阵,真正意义上的完成大一统理论,突破已知科学的极限,才有希望到达连光也没法在有限时间内到达的未知宇宙,那个绝对无因果之地

【回复】才能看到宇宙的本质,才有可能完成更不可思议的事情,打开我们所在的盒子
卡塞尔学院-装备部:
有一个细节就是太空电梯有一个特写就是周围有宇航员飘着,表示太空电梯是失重的,这个现象只有可能出现在同步轨道,其他高度的轨道强行保持24小时周期那必然不可能失重

【回复】回复 @卡塞尔学院-装备部 :三刷了,空间站的确在同步轨道,上升过程电影减了太多
【回复】回复 @你的美丽动人 :没有,空间站附近有宇航员在飘,你仔细看
【回复】电影中的失重只有一小会儿,应该是发生在向上减速过程中
自由又蕉灼的man:
人类文明要延续下去就必须要有太空电梯这种大规模低成本进入太空的基础设施。

晴叔呀:
其实流浪地球2的太空升降平台电梯可以实现,只不过是目前科技水平加上计算 算法处在一个最低水平当中所以才没办法实现而已 ,我这里还有一个提示的如今的知识,文化 算法 在地球里算很高水平的程度,但是要在地球家,外面必须有新算法 跟别的替代家园内地球的哪些基础知识文化,不找一个能替换的文化知识路出了,人类很难走出银河系外的世界。 还有一点要说如今的社会人心险恶算计自己人,打压底层人民 高层人员带着新一代人步入想尽办法把底层 中层 的家庭资金拿出来,真是可悲 老一辈的科学专家 文化专家用着老一辈的管理教导方法跟自己的经验 经历来带新一代文化知识人员,这其实是一个错误的指导路线,有一句话叫文化知识是好但是太过信也是限制文化水平的东西,因为学到多少知识你碰见的问题只会在你学到的知识范围内。科技文化这些要分,第一3/1是你看见的物品或者东西,第2个是3/1去幻想脑中模拟,在最后面3/1去用学的知识,文化知识内不行解决不了,就想办法自己走出一个全新的路出来。这才是人类该做的事情

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