人类能制造航空母舰 为何至今没有空天母舰?烧不起油!

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  在科幻电影中,空天母舰是比较常见的设定,它就像现在的航空母舰一样可以携带各种更小的战斗机,或者作为补给站,只是它是漂浮在空中的。

  

人类能制造航空母舰 为何至今没有空天母舰?烧不起油!-第1张图片-趣闻屋


  那么,现实生活中空天母舰可以制作并运行起来吗?

  以现有的技术要把航天器送上天只有一种方式,那就是用燃料来推进,如果没有到达地球轨道的话,那还得不停燃烧燃料来给航天器悬浮在空中。

  

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  根据波音网站的数据,一架波音747客机在飞行时,每秒的油耗在4升左右,而它还只是一架飞机而已,最多只能容纳568人。

  油耗取决于燃油要推进的重量,重量越大则油耗越高。波音747的“裸机”重量在220吨左右,作为对比,现在一艘典型航母的重量在10万吨左右。

  要把航母大小的空天母舰送上天,并一直悬浮在空中的话,那真的是经费在燃烧。

  我们可以简单估算下:

  

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  航母的重量是波音747重量的500倍左右,如果它以飞机同样速度飞行的话,那么这种重量的空天母舰一秒钟要烧掉2000升煤油。

  按照航空煤油每升8元左右算,它一秒钟要烧掉1.6万元,一天烧掉一个优质村庄的GDP,一星期烧掉一个小镇GDP,一个月一个县城的GDP没了。

  很明显,以现在的技术,没有一个国家能玩得起这东西。

  事实上,就算有国家在经费方面玩得起空天母舰,这也是一个非常不划算的买卖。只要我们的推进方式是化学燃料,那么我们在空中作业时推进的基本都是燃料,而不是航天器本身。

  这里涉及到一个限制航天事业的公式:火箭方程。

  

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  图注:火箭方程

  v是我们希望让火箭到达的速度,Ve是火箭的排气速度,m0是火箭加速前的质量,mf是火箭升空时的总质量,包括火箭本身和燃油。

  从这个公式中就不难发现,火箭要达到更高的速度,取决于Ve和那两个质量的比值。

  其中,Ve由化学染料的性质决定,我们用的是化学染料,没法改变这个;同样的,m0/mf对应的是燃料占火箭总重量的百分百,其实也是被化学燃料的性质定死的。

  

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  所以,化学燃料的航天事业是有极限值,你需要飞得更快,或者要送越重的东西上天,它最终加上燃料重量可能可能会飞都飞不起来。

  现在性能最好的化学燃料是液氧+液氢,它燃料占比是是83%,也就是说即便我们把一个装满这种性能最好的燃料的飞行器送上天,它实际上是把83%的燃料送了上去,而不是飞行器本身。

  有人做过一个比喻,我们火箭发射其实和送听装可乐上天是差不多,火箭本身只是铝制可乐瓶的重量,而燃油重量就是所有可乐液体的重量。

  虽然,空天母舰可能不需要太快的速度,但是要把这样重量的东西停留在空中,它的燃油重量是难以想象的。

  

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  还是以波音747为例,事实上,它能装载的燃油重量和机身重量基本是一样的,你把波音747换成航母的话,估计这东西在空中一刻都不能停止加油。

  最后只要我们还在用化学燃料,任何航天事业都是非常不划算的,因为运载的大部分都是燃料,所以空天母舰暂时不要想。

  在苏联和美国太空竞赛的年代,人们就已经发现了,航天事业是非常烧钱的事业,所以几十年里都没人提登陆月球了,而即便是一些简单的航天事业也都是通过合作来分摊成本。


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