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熬过了下课被当作珍惜动物围观和老教授的攀谈的10分钟休息时间之后，第二节课再度开始了。只不过，这一次课堂上又挤进来不少的学生。看来是因为有外星人当作助教的信息而好奇的学生跑来围观了，从中我也看到了诺相约那天见到的另外3名友人。
（诶，就不能让我省点心吗？）虽然在内心狠狠吐槽了一番，但我还是面带淡定表情的继续了课程。
“上节课最后也说了，因为非我族类其心必异和唇亡齿寒的先入为主的观念，导致的你们两个文明的悲剧。现在我就说说为什么吧，正好这也可以当做是课内知识来教授给你们。”
“首先，我们需要明确一下，所谓的星际旅行的本质是什么。”
当所有人都因为我的话而陷入沉思的时候，我再度开口了。
“太空行的第一步，太空行的能量代价。有些人好像有一个误解，认为你们最新最大的航天器，有必要的时候就可以随时飞上宇宙。”
“这种错误观念来自于对阿波罗计划的一知半解，以及对空间世界广阔程度的无知。航天器的飞行轨道，通常仅高出地面350公里。既然低空轨道理地面这么近，为什么吧航天器送入轨道还会这么难呢？普通人毕竟用不到发射装置，也能轻易乘坐列车跨越350公里的距离。”
“这是因为，你要数值向上350公里，而不是水平移动同样的距离。这是答案的一部分，但不是全部。最大问题来自‘轨道’。”
“如果只是简单的把意见物品向上提高350公里，所需能量要比送入低空轨道低不少。根据我的计算，区别能达到四分之一。不过，随随便便送上天空的东西，会很快掉落回地面上，因为在到达低空轨道之后，他没有获得足以停留在轨道上的速度。”
“星球表面的人之所以不会穿透地面掉进地底，是因为地面坚硬其支撑强度完全足以支撑人类的体重。常见材料的抗压强度经常能达到几十到几百MPa，换成人话，就是每平方厘米面积能支撑几百到几千公斤的重量，这也是为什么能够在星球表面上存在有铁这种比土壤还要质密的物体却不会沉入地底的原因。白矮星物质每立方厘米大约一吨重，如果轻轻放在厚钢板、花岗岩之类材料上面，还能勉强支撑住，不会压碎。中子星物质每立方厘米就有上亿吨，没有任何材料能支撑住，所以一定会一直沉到地心。”
“好了，上面的是属于歪题了，接下来让我们继续。地面对我们的脚掌施加一道支撑力，与向下的地心引力互相抵消。飞机之所以不掉落，是因为记忆周围的气流产生的升力。但是，航天器是如何停留在空中的呢？它的确有机翼，但那仅仅是任务收尾阶段降落时用的。在太空中，没有人会听到你的尖叫声，因为周围没有空气。在没有空气的地方，也就没有了能让飞行器停留在空中的气流升力。”
“最有趣的事实就是，没有任何力量让航天器不下坠。事实上，它就是在持续敌向地面跌落，但却总是会错过目标。航天器在同步轨道的飞行线路接近于正圆，我们可以吧这条轨道上的物品看作是小孩子在头顶转圈甩动的一块用绳子栓紧的石头。如果绳子断了，石头就会沿着与绳索垂直的方向快速飞走。”
“轨道上的航天器就像那块石头，而约束他的绳子，就是它与星球之间存在的引力。做圆周运动，他就必须受到一个指向运动圆心的牵引力，里的大小可以根据F=MV方/R算出。在根据引力常量就可以算出速度V的数值。此处应注意，速度数值与航天器的质量无关。”
“如果慢于这一速度，她就会跌落到地面上。如果速度更快，则会期初导致非圆形运动轨迹，最终结果是一去不复返。”
“将航天器送入轨道的最大难点，并不是让它攀升到足够的高度，而是让它获取足够的速度。假设航天器的载荷为100吨，任何以速度V移动的物体具备的动能是K=1/2MV方，即为3X10的12次方焦。”
“汽油的热值为44000KJ/Kg，也就是说，获取上述动能需要消耗的汽油约为105000你们当地的货币。但是，这还远远不是全部。”
“复杂之处在于，火箭需要燃烧大量油料来达到上面提到的速度，其需求规模非常可观。即使是采用液态氢和液态氧，其体积和制造成本也是相当可观的。设置，燃料本身的质量，常常会超过任何火箭的有效载荷。”
“比如，最早起的航天飞机加火箭推进器加燃料小的质量，约为2万吨，或者说是有效载荷的10被。究其原因，就是在你使用燃料推进航天器的同时，也不得不把燃料送上天空。”
“火箭的工作原理本身非常简单，主要跟牛顿第三定律有关：任何力都有反作用力，大小相等，方向相反。这就是火箭的工作原理，火箭上的发动机消耗燃料，燃料燃烧释放出的能量，使反应产生的气体高速喷出，发动机的设计方式，决定了它将把快速移动的气体向后喷出。由于反作用力的原理，火箭同时获得向前的推动力。”
“它是废气从火箭末尾喷出的速度乘以燃料燃烧的速度，得出的推进力。”
“这里需要强调两点：1火箭的加速度并非恒定值，因为质量在不断变化。2，当前我们忽视了地心引力对火箭速度的影响。事实上，达到特定速度所需的燃料数量，要比我们这里计算得出的结果更多。不过，在航天飞机的问题上，数值的诧异相对较小。”
“现在，只要运用基础的微积分知识，就能得出这个公式。假设火箭其实速度为零，最终将达到速度为V，我们就可以得出：V=μln(1+mf/mr)，其中，mf是燃料总质量，mr是火箭不包括燃料在内的质量。这就是著名的火箭公式。”
“根据火箭最终速度与燃料质量比之间的关系，我们可以做出一个图表。”说着的同时，我也开始着手画出数据图表。
“对火箭学而言，另外还有两个重要的概念：比冲和推动力。比冲，其实就是喷气速度的另外一种较为隐蔽的表达形式。推动力，推动火箭前进的净力，可以利用下列公式计算得出。T=udm/dt”
“有些火箭推动力大但比冲小，例如化学推进剂火箭。另外一些火箭推动力小但比冲大，例如离子推进器。”
“好了，虽然花了一些时间来介绍火箭和轨道运行的成本，但是我们的目的是为了了解一下星际旅行的成本。”
“根据你们航天网站提供的信息，航天飞机执行一次任务的成本，约为4.5亿。也就是说，将一批有效载荷送入低空轨道的实际成本，约为燃料成本的200倍。折合每千克载荷4万左右。我认为，成本如此之高，主要是因为航天器需要大量基础设施提供支持。人员、维修成本、燃料加工成本，等等。长剑的一次性火箭，每次发射所需的资金规模也大致与此接近，虽然通常能便宜一点点。”
“太空探索公司的成本最低，每千克约为2万。但是这种型号的火箭只能用来发射卫星，无法将人类送入低空轨道。”
“如果我们用航天器来精英太空旅行项目，航天器仅能容纳7名成员。也就是说，每人要收6400万才能回本。当然，航天器上的大部分空间都被实验设备占据。如果我们特别定制一艘‘豪华游’专用航天器。也许能把成员数量提高到15人，这样一来，航天器的发射成本可以下降到每人3000万。”
听到我所说的话，现场的学生们脸都紫了。毕竟，如此大数目的金钱，是他们远远未曾想到过的。
“虽然说是估算，但是我们估算的有多贴近现实？看看你们专门面向富豪的太空游公司的收费吧，每人2000万。如果想试试太空行走的话，另收费1500万。这与我们估算的航天器升空成本接近。如果你细细阅读相关报道，就会理解为什么他们需要大量基础设施。所有打算遨游太空的旅客，都必须在专门的设施内受训长达数百小时。这些设施的人力成本也相当可观，因为每个进入轨道的人，都需要多达数十人的地面团队支持。”
【为什么我们刚去的时候没有经过这种训练呢？】远程听课的汉娜立刻提出了疑问。
【因为我的技术水平远远碾压他们的技术水平，就是给我一只鸭子，我也能保证让它上天无忧无虑的在宇宙内活一辈子，不管什么恒星、超新星还是黑洞，统统无法对它造成威胁。】我立刻就吐槽了回去。
在I类文明的技术条件下，经济还没有消灭的技术水平下，谈论这些都是属于扯淡的。
“要让太空旅行变成人民的日常活动，其价格还需要大幅度下降，安全系数极大提升。不幸的是，这两个目标通常是互相冲突的，在其他条件不变的前提下，更高的安全性，通常意味着更高的成本。即便是一些简单的调整，比如因天气条件不利、燃油泄露等问题推迟发射时间，都会带来动辄几十万的巨额损失。”
“
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熬过了下课被当作珍惜动物围观和老教授的攀谈的10分钟休息时间之后，第二节课再度开始了。只不过，这一次课堂上又挤进来不少的学生。看来是因为有外星人当作助教的信息而好奇的学生跑来围观了，从中我也看到了诺相约那天见到的另外3名友人。
（诶，就不能让我省点心吗？）虽然在内心狠狠吐槽了一番，但我还是面带淡定表情的继续了课程。
“上节课最后也说了，因为非我族类其心必异和唇亡齿寒的先入为主的观念，导致的你们两个文明的悲剧。现在我就说说为什么吧，正好这也可以当做是课内知识来教授给你们。”
“首先，我们需要明确一下，所谓的星际旅行的本质是什么。”
当所有人都因为我的话而陷入沉思的时候，我再度开口了。
“太空行的第一步，太空行的能量代价。有些人好像有一个误解，认为你们最新最大的航天器，有必要的时候就可以随时飞上宇宙。”
“这种错误观念来自于对阿波罗计划的一知半解，以及对空间世界广阔程度的无知。航天器的飞行轨道，通常仅高出地面350公里。既然低空轨道理地面这么近，为什么吧航天器送入轨道还会这么难呢？普通人毕竟用不到发射装置，也能轻易乘坐列车跨越350公里的距离。”
“这是因为，你要数值向上350公里，而不是水平移动同样的距离。这是答案的一部分，但不是全部。最大问题来自‘轨道’。”
“如果只是简单的把意见物品向上提高350公里，所需能量要比送入低空轨道低不少。根据我的计算，区别能达到四分之一。不过，随随便便送上天空的东西，会很快掉落回地面上，因为在到达低空轨道之后，他没有获得足以停留在轨道上的速度。”
“星球表面的人之所以不会穿透地面掉进地底，是因为地面坚硬其支撑强度完全足以支撑人类的体重。常见材料的抗压强度经常能达到几十到几百MPa，换成人话，就是每平方厘米面积能支撑几百到几千公斤的重量，这也是为什么能够在星球表面上存在有铁这种比土壤还要质密的物体却不会沉入地底的原因。白矮星物质每立方厘米大约一吨重，如果轻轻放在厚钢板、花岗岩之类材料上面，还能勉强支撑住，不会压碎。中子星物质每立方厘米就有上亿吨，没有任何材料能支撑住，所以一定会一直沉到地心。”
“好了，上面的是属于歪题了，接下来让我们继续。地面对我们的脚掌施加一道支撑力，与向下的地心引力互相抵消。飞机之所以不掉落，是因为记忆周围的气流产生的升力。但是，航天器是如何停留在空中的呢？它的确有机翼，但那仅仅是任务收尾阶段降落时用的。在太空中，没有人会听到你的尖叫声，因为周围没有空气。在没有空气的地方，也就没有了能让飞行器停留在空中的气流升力。”
“最有趣的事实就是，没有任何力量让航天器不下坠。事实上，它就是在持续敌向地面跌落，但却总是会错过目标。航天器在同步轨道的飞行线路接近于正圆，我们可以吧这条轨道上的物品看作是小孩子在头顶转圈甩动的一块用绳子栓紧的石头。如果绳子断了，石头就会沿着与绳索垂直的方向快速飞走。”
“轨道上的航天器就像那块石头，而约束他的绳子，就是它与星球之间存在的引力。做圆周运动，他就必须受到一个指向运动圆心的牵引力，里的大小可以根据F=MV方/R算出。在根据引力常量就可以算出速度V的数值。此处应注意，速度数值与航天器的质量无关。”
“如果慢于这一速度，她就会跌落到地面上。如果速度更快，则会期初导致非圆形运动轨迹，最终结果是一去不复返。”
“将航天器送入轨道的最大难点，并不是让它攀升到足够的高度，而是让它获取足够的速度。假设航天器的载荷为100吨，任何以速度V移动的物体具备的动能是K=1/2MV方，即为3X10的12次方焦。”
“汽油的热值为44000KJ/Kg，也就是说，获取上述动能需要消耗的汽油约为105000你们当地的货币。但是，这还远远不是全部。”
“复杂之处在于，火箭需要燃烧大量油料来达到上面提到的速度，其需求规模非常可观。即使是采用液态氢和液态氧，其体积和制造成本也是相当可观的。设置，燃料本身的质量，常常会超过任何火箭的有效载荷。”
“比如，最早起的航天飞机加火箭推进器加燃料小的质量，约为2万吨，或者说是有效载荷的10被。究其原因，就是在你使用燃料推进航天器的同时，也不得不把燃料送上天空。”
“火箭的工作原理本身非常简单，主要跟牛顿第三定律有关：任何力都有反作用力，大小相等，方向相反。这就是火箭的工作原理，火箭上的发动机消耗燃料，燃料燃烧释放出的能量，使反应产生的气体高速喷出，发动机的设计方式，决定了它将把快速移动的气体向后喷出。由于反作用力的原理，火箭同时获得向前的推动力。”
“它是废气从火箭末尾喷出的速度乘以燃料燃烧的速度，得出的推进力。”
“这里需要强调两点：1火箭的加速度并非恒定值，因为质量在不断变化。2，当前我们忽视了地心引力对火箭速度的影响。事实上，达到特定速度所需的燃料数量，要比我们这里计算得出的结果更多。不过，在航天飞机的问题上，数值的诧异相对较小。”
“现在，只要运用基础的微积分知识，就能得出这个公式。假设火箭其实速度为零，最终将达到速度为V，我们就可以得出：V=μln(1+mf/mr)，其中，mf是燃料总质量，mr是火箭不包括燃料在内的质量。这就是著名的火箭公式。”
“根据火箭最终速度与燃料质量比之间的关系，我们可以做出一个图表。”说着的同时，我也开始着手画出数据图表。
“对火箭学而言，另外还有两个重要的概念：比冲和推动力。比冲，其实就是喷气速度的另外一种较为隐蔽的表达形式。推动力，推动火箭前进的净力，可以利用下列公式计算得出。T=udm/dt”
“有些火箭推动力大但比冲小，例如化学推进剂火箭。另外一些火箭推动力小但比冲大，例如离子推进器。”
“好了，虽然花了一些时间来介绍火箭和轨道运行的成本，但是我们的目的是为了了解一下星际旅行的成本。”
“根据你们航天网站提供的信息，航天飞机执行一次任务的成本，约为4.5亿。也就是说，将一批有效载荷送入低空轨道的实际成本，约为燃料成本的200倍。折合每千克载荷4万左右。我认为，成本如此之高，主要是因为航天器需要大量基础设施提供支持。人员、维修成本、燃料加工成本，等等。长剑的一次性火箭，每次发射所需的资金规模也大致与此接近，虽然通常能便宜一点点。”
“太空探索公司的成本最低，每千克约为2万。但是这种型号的火箭只能用来发射卫星，无法将人类送入低空轨道。”
“如果我们用航天器来精英太空旅行项目，航天器仅能容纳7名成员。也就是说，每人要收6400万才能回本。当然，航天器上的大部分空间都被实验设备占据。如果我们特别定制一艘‘豪华游’专用航天器。也许能把成员数量提高到15人，这样一来，航天器的发射成本可以下降到每人3000万。”
听到我所说的话，现场的学生们脸都紫了。毕竟，如此大数目的金钱，是他们远远未曾想到过的。
“虽然说是估算，但是我们估算的有多贴近现实？看看你们专门面向富豪的太空游公司的收费吧，每人2000万。如果想试试太空行走的话，另收费1500万。这与我们估算的航天器升空成本接近。如果你细细阅读相关报道，就会理解为什么他们需要大量基础设施。所有打算遨游太空的旅客，都必须在专门的设施内受训长达数百小时。这些设施的人力成本也相当可观，因为每个进入轨道的人，都需要多达数十人的地面团队支持。”
【为什么我们刚去的时候没有经过这种训练呢？】远程听课的汉娜立刻提出了疑问。
【因为我的技术水平远远碾压他们的技术水平，就是给我一只鸭子，我也能保证让它上天无忧无虑的在宇宙内活一辈子，不管什么恒星、超新星还是黑洞，统统无法对它造成威胁。】我立刻就吐槽了回去。
在I类文明的技术条件下，经济还没有消灭的技术水平下，谈论这些都是属于扯淡的。
“要让太空旅行变成人民的日常活动，其价格还需要大幅度下降，安全系数极大提升。不幸的是，这两个目标通常是互相冲突的，在其他条件不变的前提下，更高的安全性，通常意味着更高的成本。即便是一些简单的调整，比如因天气条件不利、燃油泄露等问题推迟发射时间，都会带来动辄几十万的巨额损失。”
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