1、轨道速度提问 1：太空飞船返回地球的时候，能不能像火星登陆车一样用火箭反推减速进入大气层？这样就可以取消隔热罩了？Brian提问 2：有没有一种方法，可以让太空飞船控制自己进入大气层的速度，避免大气层的摩擦，这样就不需要昂贵（而且相对脆弱）的外部隔热罩？Chistopher Mallow提问 3：一枚带有荷载的小型火箭，能否只用一个小型的火箭推进器就达到逃逸速度？Kenny Van de Maele这些问题的答案，都归结于一个问题。这个问题我们已经在其他的文章中提及过， 但今天我想专门就这个问题和同志们谈一谈：问题的关键是：飞上轨道的难度不在于那个高度。而在于，你必须保证一定的速度，才能留在轨
2、道上。外太空不是这个样子的：其实是这个样子的：所谓外太空，其实就是离地 100 公里之上。听上去很远反正我蹬梯子是上不去的 但换个角度，其实也没那么远。如果你在萨克拉曼多（加州首府）、西雅图、堪培拉、加尔各答、海得拉巴（印度南部一城市）、金边、开罗、北京、日本中部、斯里兰卡中部，或者是波特兰，去海边比去太空还远。去太空挺方便的（低空轨道，比如国际空间站所在高度），虽不像开车这么简单，但也不是什么大挑战。你用电线杆大小的捆绑火箭就能把人送上外太空。X-15 太空飞船，埋头猛跑冲上外太空，马上就掉头回来了（切记是掉头回来，而不是自由落体，不然就麻烦了）。上太空不难，难的是待在那里。在低空轨道上的地
3、心引力，几乎和地面一样。国际空间站也没有完全逃离地球引力的束缚；那里受到来自地球的拉里大概有地面上的 90%。为了避免坠入大气层，你必须绕着地球跑得飞快，非常快。为了维持轨道高度，你必须达到每秒 8 公里的速度。只有一小部分火箭燃料是用在冲出大气层；大部分燃料是用来获得在轨道上的横向速度。这就让我们来到了问题的核心：达到轨道速度所需的燃料，要比达到高度所需的多很多。为了达到 8 公里/秒的轨道速度，已经用去了大部分的运载火箭。达到这样的速度已经很难；在这个速度上，再带上足够的燃料来减速返回，实在是不具可操作性 (注 1)。面对这丧心病狂的燃料需求，每一艘出差的飞船，都没用什么减速火箭，直接披上
4、防火衣就回来了 自由落体与大气层猛烈摩擦，才是最实际的减速方案（回答 Brian 的问题，好奇号的着陆也不出此道；虽然确有小型火箭帮助着陆，但它是先经过火星大气层的空气制动减速过的。）8 公里/秒到底有多快？这个问题的很多误解，可能来自于宇航员给你们的假象，好像他们是悠哉悠哉飘在我们的蓝色星球上。但 8 公里/秒的速度，真的是快到蛋疼。在日落的地平线上，有时候你可以看到国际空间站飞过，90 分钟之后，你又会看见它一次，在 90 分钟内，它已经绕了地球一整圈了 (注 2)。国际空间站快到，如果你在足球场的一头开枪，当空间站已经到了足球场的另一头，子弹只飞出了 10 码远。让我们来想想一下，在地球
5、上以 8 空里/ 秒的速度漫步会是什么场面。为了让你更好的体会这个步伐，让我们来唱歌打拍子 注 3。假设你开始哼 Proclaimers 乐队，1988 年的老歌Im Gonna Be（500 Miles）。这首歌大概一分钟 131.9 拍，在每两拍之间，你就走出 2 英里了。在第一句合唱的时间里，你就已经从国家图书馆跑到布朗克斯区：然后只花了两行歌词（16 拍）的功夫，就已经穿越连接英法的海底隧道了。整首歌的长度，导致了一个有趣的结果，从第一句唱到到结尾，一共 3 分 30 秒，国际空间站的速度是 7.66 公里/秒。也就是说，如果国际空间站上有个宇航员哼着这歌，当他唱完这首歌的时候他们已经
6、飞过了整整 1,000 英里的天空注 1：火箭学上的核心困难，是燃料需求的指数级增长：速度每增加 1 公里/秒，所需的燃料等于总重量X1.4，为了进入环地球轨道，速度必须达到 8 公里/ 秒，也就是需要 1.41.41.41.41.41.41.41.415 倍于飞行器的总质量的燃料。用火箭推进器来减速，也遇到同样的问题：每减少 1 公里/ 秒速度，需要总质量 X1.4 的倍数，如果你想要减速到 0然后优雅地进入大气层 把你的总质量 X15，就是你需要的燃料 .注 2：网上有很多很好的软件，可以帮你找到空间站的当前位置，还有其他一些卫星的信息。我最喜欢的就是这款： ISS Detector，不过如果你 Google 一下，你能找到更多。注 3：用唱歌打拍子来计算时间的方法，也被用在在心肺复苏训练（CPR training）中，他们一般唱Stayin Alive。
