假设你一觉醒来,发现你在月球上了。没有手机,没有5G,身边只有一个漂流瓶,一张纸,一支笔。你怎么办?

月球丢了该怎么办(被困月球怎么办)(1)

没关系。因为你很快就会被月球白天127摄氏度的高温烤熟,或者被-173摄氏度的夜晚冻僵,你不会感到丝毫疼痛。当然,笔者是仁慈的。送你一件冬暖夏凉的宇航服。

月球丢了该怎么办(被困月球怎么办)(2)

终于可以开始考虑如何求救了。你写下求救信息装进漂流瓶,

现在问题来了,该怎么扔、扔多快,才能把漂流瓶扔回地球?

首先,想直直扔回来是不大可能的。由于在太空,物体要么是在做环绕运动,要么就在撞击,所以我们必须考虑利用轨道物理的方式,把瓶子扔回来。

那为什么不直接随便朝着地球使劲扔一手,靠地球引力把瓶子吸过去?这样不是不可以,但是我们讲究省力,毕竟在轨道空间里,一点点偏差都可以导致你花费无限多的力气。在这里,我们得知道,正如同地球有“逃离速度”,月球也有“逃离速度”。只有速度达到每秒2375米,才能挣脱月球的引力。

月球丢了该怎么办(被困月球怎么办)(3)

所以从原理上来讲,如果想最省速度/力气地把瓶子扔回地球,就需要计算好角度和(之于轨道位置的)投掷时机,充分利用月球引力加速并充分利用地球大气减速一切完美的话,你只需要比月球的逃离速度(2375 m/s)大一点点

有了这个想法,在实际操作前,我们可以先想象一下我们漂流瓶的运动轨迹:
  1. 漂流瓶扔去出要尝试逃离月球引力,但同时也要相对于绕地轨道减速。
  2. 扔出去后,最好是能让漂流瓶在重新绕回近月点的时候,获得弹弓效应,被加速弹离月球,并再次相对于地球轨道减速。
  3. 现在,漂流瓶脱离月球轨道,进入绕地球轨道。
  4. 最理想的情况,是能让漂流瓶的近地点在地球大气之内
  5. 当漂流瓶环绕地球,靠近近地点时,受到大气阻力而减速
  6. 轨道速度的降低,导致漂流瓶绕地球轨道的远地点和近地点被不断降低,
  7. 漂流瓶绕地球N圈后,终于被大气充分减速,轨道不断衰减,
  8. 漂流瓶落回地面。

我们再来看个模拟。在这个模拟里,假设的初速度为2575m/s,也就是只比月球逃离速度大200m/s.

月球丢了该怎么办(被困月球怎么办)(4)

蓝色代表地球方向,红色代表月球,绿色是漂流瓶速率

以第三人称视角看,大概就是这么个样子。当然,这个模拟里没能考虑到地球大气。

月球丢了该怎么办(被困月球怎么办)(5)

同样的模拟,但是从月球出发,追随漂流瓶。这里大家可以很清晰地感受到轨道物理“奇怪”的地方,那就是几乎所有运动其实都是在画弧形,并没有直线。

月球丢了该怎么办(被困月球怎么办)(6)

实际操作

教学完毕,在确保漂流瓶不会被因为和大气摩擦生热而蒸发的情况下,你只需要锻炼下手速,把漂流瓶以2575 m/s的速度扔出去就行啦。这有多快呢?大概也就7、8倍音速吧。

月球丢了该怎么办(被困月球怎么办)(7)

练手速是关键!

启示

这个故事给了我们充分的理由去锻炼手速(狗头)。

认真点讲,其实,如何从月球把东西送回月球是科学家们很认真地在钻研的问题。美国之所以没有再登月,很大一部分原因就是登月的开支太大。而NASA一直都在思考,如何才能把月球任务变得经济实惠一些?

那当飞船从月球探测完毕,要回到地球,就需要大量的燃料来助推。这里需要用的燃料越多,就代表飞船当初从地球发射时就越重(越重=更多脱离地球用的助推剂=更多$$$$)。所以,如何在最节省速度(燃料)的情况下,从月球返回地球,就成了一个很严肃的研究课题。

当然,NASA的研究不会像我们今天这样拍脑门。除了有大量计算外,还有很多现实考量,比如“要花多长时间”、“如何助推,助推器的功率和时机?”等等。

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