宇宙航行时飞船为什么可以利用乐高星球大战巨型飞船的引力加速

Interstellar(星际穿越)里,利用黑洞引力弹弓是不是bug? - 知乎121被浏览29864分享邀请回答5221 条评论分享收藏感谢收起02 条评论分享收藏感谢收起查看更多回答4 个回答被折叠()弯曲时空、引力弹弓……我们如何实现宇宙航行?
科学大院叶煜东
“我们的征途是星辰大海”——这句话是如此地鼓舞人心,仿佛我们都是宇宙的水手,等待着探索新世界的启航号角。没错,我们身体里的金属元素都来自于恒星的中心,从某种意义上来说,我们都是属于宇宙深空的孩子。在神舟十一号太空飞船即将发射之际,就让我们以科幻作品为引,从现实中的物理出发,来看看那些奇妙的宇宙航行方法吧!传统火箭引擎——化学引擎为了能够前进,我们必须向着运动的相反方向掷出一定的质量,这些投掷出去的东西叫做“工质”。工质推进是目前帮助我们摆脱重力束缚、迈出离开地球母亲怀抱第一步的不可缺少方式。和喷气式飞机类似,运载火箭也是通过喷出高速气体来获得动力。不同的是,在大气层内飞行的飞机可以通过发动机源源不断地压缩进气道吸入的空气来获得推力,而对于运载火箭,这些空气就有些捉襟见肘,很难产生足够的推力,更不要说我们要去的可是接近真空的外太空了。因此,为了挣脱地球的引力,运载火箭都装载着巨量的燃料和助燃剂,这些燃料燃烧所产生的大量气体经过超音速喷嘴排出,就能推动火箭直冲云霄,将飞船送上太空轨道。图1. 火箭引擎的原理图,燃料在燃烧室中燃烧后由喷管喷出从而产生推力。来自于维基百科英文页面火箭引擎中,化学引擎这种上古的方式在科幻作品中虽然已经被各自炫酷引擎挤压得生存空间愈发狭小,但是却仍然顽强地占据着一席之地,谁让它是经典呢?每一次的点火,伴随着升腾起的火焰和烟雾,那昂然升空的火箭总能激起我们探索未知的无尽斗志。图2. 《安德的游戏》剧照,升空中的运输火箭。化学引擎释放出灼热尾焰,同时伴随着巨大的烟雾图3. 运载天宫二号的长征二号F火箭点火升空时的壮观景象,充满了力拔千钧地气势。照片来自新华网。化学燃料虽然效果拔群,但是缺点也十分明显。一个最大的问题就是“又大又重”。“大”是说燃料和助燃剂占的总体积大,“重”是因为这会让火箭变得更沉。这就形成了一个两难的局面——为了飞得更高更远,燃料就需要更多,但是这反过来又让火箭变得更沉,也越耗费燃料。现实当中,人类至今推力最大的运载火箭是土星五号(Saturn V),当年它为了将总重量约50吨的阿波罗飞船(Apollo)送入月球轨道,必须携带2721吨重的燃料及助燃剂,这些重量足足可以填满数个标准尺寸的游泳池。相比之下,火箭各推进级的净重只有178吨。所以,别看现实中的火箭都是圆柱状,各部分的重量可都是经过细细考量的。离子推进和核能引擎化学引擎送我们脱离行星引力到达宇宙空间,可远星还在召唤我们呢。这时再靠着化学燃料来实现飞船的大规模加速和减速就很不划算了。这就好像开着一辆堪称“油老虎”的跑车,想要来个横跨大陆的旅行却又只能依靠小小的油箱,又如何能够享受风驰电掣的爽快?为了解决有限燃料情况下的长距离加速和减速问题,航天器就需要更高比冲的发动机。这里的比冲是个专有名词,《军事大辞海》中给出的定义是“单位流量推进剂(燃料)产生的推力,或单位重量推进剂产生的冲量”。简而言之,在携带同样质量的推进剂的前提下,比冲越大,推进剂使用的效率就越高。于是,离子引擎和核引擎当仁不让地站到了台前。离子引擎和传统火箭引擎相似,只是将燃烧室换成了电离室,将喷出的气体换成了经过电离的推进剂,在电磁场作用下,将电离之后的离子约束并高速喷出。因为离子引擎比冲高的优势,携带较少的推进剂就可以获得可观的加速效果。图4. 离子推进原理示意图,看上去是不是和火箭引擎很像?来自于维基百科英文页面在去年热映的电影《火星救援》(The Martian)里,赫尔墨斯号(Hermes)飞船在前期使用化学燃料推进到达火星转移轨道之后就改由先进的离子发动机来加速,通过以超高速将氩原子向后抛射获得飞船整体的微小加速度,让飞船最终达到相当的速度,于是只花费了124天时间就到达了火星。图5. 赫尔墨斯号火星飞船。作为一艘远距离航行飞船却没有体积巨大的燃料舱,离子发动机功不可没。不过这里也说出了离子发动机的弱点。那就是推力还不够大,要想获得大的加速,需要牺牲空间和时间,通过长距离的持续加速来换取最终的高速。现实之中,离子引擎已经不再是幻想,1998年发射升空的美国宇航局探测器深空一号(Deep Space 1)就是人类历史上第一艘使用这种推进方式的飞船,它在宇宙航行过程中虽然遭遇到一些技术问题,但是仍然成功地对包瑞丽彗星(Comet Borrelly)进行了探测。图6. 深空一号的艺术效果图。作者Don Foley,来自喷气推进实验室(JPL)网站。图7. 安装在深空一号上的2.3 kW离子推进器试车照片,可以看见美丽的浅蓝色离子焰。来自于维基百科英文页面除了离子引擎,被无数科幻作品所青睐的还有核动力引擎。自从人类发现核能以来,核动力引擎就慢慢取代了普通火箭引擎成为科幻世界中高科技时代的“常规动力”。核反应的巨大能量有目共睹,通过核能来加热加速推进剂比直接一把火烧掉要经济得多。从某种意义上来说,核引擎算是通过电磁场来实现推进剂加速的离子引擎的升级版本。现实中,科学的不断进步不断给予科幻作家以新的灵感,科幻小说里面关于核引擎的设定也越来越仔细、越来越完备。从早期的模糊的“核引擎”到具体的“核聚变引擎”,两个字的增加,就让宇宙水手们把小太阳装在了自己的船上。相比传统引擎,核聚变引擎可谓是优势满满。除了十分可观的比冲外,引擎的燃料——氢和它的同位素氘是这个宇宙中最不缺乏的资源之一了,不论是边飞边从宇宙空间收集还是到大型气态行星大快朵颐一餐都能解决燃料的问题。图8. 来自于《2001太空漫游》的核动力飞船“探索者1号”,拥有球状的乘员舱和尾部巨大的核能引擎舱。但是,别看核动力的单人小艇在未来世界里都已经见惯不怪,但核能引擎在现实中却依然没能实现。受限于物理学和材料学,目前的受控核聚变还不能够随心所欲释放能量,探测器上能够称得上核能的也只是小小的同位素电池或是加热器。不过,核能发动机的梦想总是要有的,万一哪一天实现了呢?扬帆远航——光帆15世纪开始,人类进入大航海时代,帆船成了挑战未知的远航之心的象征。而在宇宙大航海时代,太阳帆飞船,或者叫做光帆飞船就可以算是这里最接近传统帆船形象的飞行器了。下雨天,当我们打着伞走在雨中的时候,握着伞柄的手能够源源不断地感受到打在伞面上的雨滴所带来的压力。类似地,不论是光还是粒子,它们打在光帆之上也会产生一定的压力。飞船就如同浴在光子或是辐射粒子“风”里的“帆船”一样,在这压力推动下不断前进。古典帆船不需要螺旋桨,只要有风就能航行,光帆飞船亦只需要“粒子风”。这意味着一个巨大的优势:可以去掉推进剂和引擎,从外部提供动力,让飞船本身的重量得到极大的削减。在刘慈欣的科幻作品《三体》之中,为了向一光年外正在往地球进发的三体舰队发射一颗能够尽快到达的飞行器,彼时的人类提出了一个“阶梯计划”。这个计划中的飞行器便是拥有着巨大辐射帆的光帆飞船,通过依次引爆在预定飞行轨道上从地球到木星轨道之间的近千枚核弹,利用其爆炸产生的辐射作用于光帆带来持续的加速,最终使追求极致轻量化的飞船达到了光速的百分之一。可喜的是,光帆飞船现在已经不再是纸面上的设定,而慢慢走向了现实中切实可行的方案。日本航空研究开发机构(JAXA)在2010年发射的伊卡洛斯号(IKAROS)飞船已经成功验证了将光帆作为唯一推进方式的可行性。伊卡洛斯飞船有着厚度为7.5微米,面积为196平方米的复合材料帆,而这种帆每平米的质量仅仅有10克。到2015年转入休眠状态为止,正是凭借着操纵这面巨大又轻盈的帆,伊卡洛斯号平安地运行到了距地球1.1亿公里、据太阳1.3亿公里处。图9. 伊卡洛斯号光帆验证飞行器艺术图,可以清楚看到巨大的方形合成材料帆。来自日本航空研究开发机构网站。利用空间——引力弹弓和曲速航行爱因斯坦的广义相对论指出,大质量的物体可以让它周围的空间发生弯曲。如果把行星或恒星等大质量物体比作金属球,宇宙空间比作橡皮膜,压在一张平整橡皮膜上的金属球会产生一个凹陷。假如这时候有个小球向着这颗金属球而去,这个小球的运动轨迹会弯曲,小球在滚向凹陷的过程中也会不断地加速。这正是“引力弹弓”的基本原理——空间探测器从行星旁绕过时受行星的引力作用,运动速率增大。在电影《星际穿越》中,宇航员库珀最后操纵着破损的永续号(Endurance)就是孤注一掷,通过黑洞“巨人”(Gargantua)的引力弹弓作用,让宇航员艾米莉亚得以逃生。而《火星救援》里,为了救助被困火星的马克·沃特尼,赫尔墨斯号则是利用地球的引力弹弓效应,最大限度地节约了时间,才能够在匆匆补给之后快速返回火星。图10. 《星际穿越》里的飞船永续号(Endurance)回到我们的时代,日发射的旅行者号探测器就是经过木星和土星这两个太阳系大块头行星的引力加速才获得了足以脱离太阳引力控制的动能,并在号被美国宇航局正式宣布已经脱离了太阳系,继续向着无人深空进发。而土星探测器卡西尼号(Cassini)探测器在重达3吨,现有推进技术不足以将其直接送达土星的情况下,正是靠着在6.7年里两次飞掠金星,之后又途经地球、木星,借助它们的引力加速,最终才能够顺利抵达目的地。图11. 卡西尼号探测器的运行轨迹示意图,反复经过了多次行星引力加速才得以到达土星。来自美国宇航局网站。如果说引力弹弓是利用了这个宇宙中的天然“地形起伏”的话,那么曲速航行就是人类移山填海,主动出击了。这里的“曲速航行”,或者叫做曲率航行、翘曲空间,本质上就是对空间的主动弯曲。图12. 《哆啦A梦——大雄的宇宙开拓史》节选这段选自漫画《哆啦A梦——大雄的宇宙开拓史》的片段简洁又形象地描绘了何为弯曲空间——通过一定手段让空间“折叠”,把本来相隔很远的两个点拉近。这种方法优雅而高效:没有燃烧,无需喷射,快速便捷——常规的宇宙飞行在它面前慢如蜗牛。同时,这种对空间的主动干预让人有一种主人一般的感受,仿佛自己不再是渺小脆弱的生命体,而是无限空间之王。图13. 《星际迷航——下一代》剧集中的联邦星舰进取号(Star Ship Enterprise)。拥有前端盘子一样的碟形部和后端形似一双筷子的曲速引擎舱。科幻电影中,刚刚迎来50周年的美国科幻巨作《星际迷航》中的进取号星舰就是由曲速引擎来驱动的。经由正反物质湮灭所释放的巨大能量产生曲速场,并进一步改变曲速场周围空间的结构,让飞船进入曲速航行,也就是仿佛乘上空间的波浪,被空间波动推着前进。进入曲速航行之后,飞船被曲速泡所包围,曲速泡内部的空间未被扭曲,飞船相对于曲速泡而言是在做亚光速飞行,但是曲速泡本身相对于宇宙空间的运动却可以超过光速。在星际迷航的世界里,公元2063年进行的人类历史上第一次成功的曲速一级(光速的一倍)航行让地球人被宇宙中另外的智慧生命——瓦肯人所感知并与之接触,由此掀开了波澜壮阔的星际传奇。图14. 星际迷航中涉及的曲速航行原理图,通过产生不均衡的曲速场,让空间来“推着”飞船向着不同方向运动。来自于官方技术手册《Star Trek the Next Generation Technical Manual》。图15. 星际迷航电影中所表现的曲速泡和其中的进取号。周围的光因为空间扭曲而改变。可惜的是,这个诱人的方法现在依然没有实现,我们现在还没能找到人工弯曲空间的有效方法,曲速飞船也依然是一个美好地概念。但是这个概念又是如此地诱人,因为这种方法能够实现真正意义上的空间压缩,极大地缩短旅行的时间,让行星际间甚至于星系之间的旅行成为现实。正如现在高铁已经能够消弭我们过去的万水千山重重阻隔,未来的“星际高铁网”就等待着用曲速航行技术来搭建了。致无尽的想象科幻作品中最重要的一个元素就是想象力。 最后就让我们摆脱种种制约,释放想象,一起来看看这个宇宙中的奇葩——“黄金之心”号(Heart of Gold)飞船。它源自于英国科幻作家道格拉斯·亚当斯的《银河系漫游指南》,它的动力可谓是前无古人、后无来者:无限非概率驱动器(Improbability Drive)。当无限非概率驱动器到达无限非概率状态时,它可以在任何可能的宇宙中穿越任何可能的两个点,这意味着你能够瞬间跨越哪怕是最远的星球间的距离,也意味着你永远不知道你下一个时刻会出现在什么地方,甚至于也无法知道再次出现的时候你是什么。毛线团、玫瑰花、柠檬、或是小黄鸭,一切皆有可能。当然了,作者自己也说这古怪玩意儿“不太可能”了,谁让这驱动器名字直译过来就是“不太可能驱动器”呢。图16. 《银河系漫游指南》电影中启动驱动器之后飞船变成了一个大毛线团,所有成员也变成了毛线人。图17. 电影中刚刚从一朵花回到正常状态的“黄金之心”号。就如同那些往日科幻里大胆瑰丽的想象很多都已经成真一样,今日的科幻也许就是明日的现实。在这个日新月异的时代,就让我们翘首以待,迎接宇宙大航海时代的到来吧!
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呵呵其实上面回答得有点过头了,道理很简单,就是动量守恒定律
航天器所喷出的气体以极大的速度向后喷出,会产生一个与航天器飞行方向相反的动量。根据动量守恒定律,航天器会产生一个与这个动量方向相反的动量。由于动量是质量与速度的乘积,质量不变,自然就会有一个向前的速度喽!
其他答案(共4个回答)
航空、航天、航宇的飞行范围是怎样划分的呢?目前科学上的一种习惯说 法是:在地球大气层内的航行叫航空;在大气层以外,太阳系之内的航行叫航天;在太阳系以外的空间航行叫航宇。航天和航宇又合称为宇宙航行。
牛顿从平抛物体运动和圆周运动的运动定律展望,人类冲出地球飞入宇宙,直到无限远的推论完全是科学的预言和预见。利用火箭喷气、喷束航天原理来征服宇宙空间的详细理论,是著名的俄罗 斯科学家齐奥尔科夫斯基(1857 一1935)首先研究成功。他实现了牛顿的设想,成为星际航行的主要奠基人之 一,为宇宙航行打下了现实的技术基础。
我们老祖先发明冲天爆竹的构想,可能让人类达成了上天的梦想。冲天爆竹使用的火药,即近代所谓固态火箭燃料,在点燃只需少量氧气助燃即可发生爆炸燃烧,并迅速产生极大倍率的气体膨胀开来。将膨胀高压的气体从一个细小的喷嘴极速喷出,这就是我们俗称的固体火箭引擎。在固体燃料火箭之后,又发展出以液化氢与氧为燃料的液体燃料火箭,两者采用完全不同的燃烧理论,但是产生喷射推力的原理是相同的。无论如何,火箭引擎进入太空中必须自备氧气来助燃,这也是一般飞机用的喷射引擎无法上太空的原因。火箭的发展将因燃烧喷射产生极大的动力,以极高的加速度,加速至约每秒 11.2 公里的速度,以便能脱离地球的地心引力,进入外层空间。火箭进入太空之后,火箭如何改变航向呢?科学家设计了许多从侧边喷出的姿态控制喷嘴,以便调整飞行方向或姿态。
宇宙飞船现在也是利用冲天炮的喷气、喷束航天原理飞行的。
现在又有了核动力、激光、磁力、等离子等新的飞船动力理论出现。如据美国温格利估计,在太空中建一个直径32米宽的等离子流喷嘴,就能够产生强大的等离子束,足以推动宇宙飞船以每秒11.7公里的速度高速飞行。这一速度相当于每小时42120公里,每天约100万公里。
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答: 我抱着试着看的心理去了..到了那里里面的人真是客气的没话说啊..又是倒水。.又是笑脸..逗我女儿玩.,,,,然后跟我说什么星光大道文化传播正在拍摄的电影《换银》...
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答: 惜时世界上多数民族都将早晨作为一天的开始,公历的一天开始于午夜,而犹太人的一天则是从太阳落山时开始的
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Interstellar(星际穿越)里,利用黑洞引力弹弓是不是bug?
Interstellar(星际穿越)里,利用黑洞引力弹弓是不是bug?
我对引力弹弓的理解是:进入星体轨道后被起牵引,以获得该星体公转线速度加成。Interstellar里主角的飞船利用黑洞引力弹弓想要增加速度以达到第三颗星球,但是这第三颗星球好像就是黑洞的行星吧(关于第三颗是否围绕黑洞公转我没太注意,如果没有,那还是可以利用弹弓的)。这样的话,进出黑洞的重力势能刚好平衡,不会会的额外的速度啊。如果非要说黑洞可能绕着他自己的galaxy公转,那这第三颗星球也拥有同样的线速度啊,应该也是没用的。对于没有看过这部电影的大牛们,可以回答一个简单模型,从地球发射人造卫星到冥王星,是不是只能利用太阳系内其他行星或卫星引力弹弓,而不能利用太阳的引力?
这个细节确实不明确。按影片的初衷,应该是想利用彭罗斯过程(Penrose Process),这个过程允许向旋转的黑洞提取能量。旋转黑洞的视界(horizon)之外有一个区域叫做能层(Ergosphere)。如果一个物体以能量 E0 进入能层,然后分裂成两块,并且其中一块以合适的方式落入黑洞视界,那么另一块的剩余能量 E1 可以大于 E0。也就是说,落入黑洞的那一块具有负能量。总的过程相当于提取了黑洞的旋转能。影片中母船在黑洞附近把两艘小飞船丢进黑洞,就是一个Penrose过程,所以母船可以获得更大的能量。这个过程在太阳系是不可能实现的。<img vsrc="http://s9./show/lfile/748AF5C6CDE2DB3002CA6C.jpg#-----------------------------------------------------最近又看了一遍电影,终于把原理搞清楚了。除了上面讲的彭罗斯过程之外,最主要的原因是在黑洞附近加速的效率是最高的。原因如下:假设发动机的推力#IMG_//一定,加速的总时间也一定。当飞船速度为时,发动机做的总功为。所以启动发动机时飞船的速度越大,发动机提供的动能越高。而飞船速度最大的时候就是在最接近黑洞的时候,所以要在这时启动发动机。电影中在黑洞附近时,库伯的台词是:“速度已经达到最大值,启动发动机!” 讲的就是这个原理。电影里将之称为“弹弓效应”并不正确,因为通常弹弓效应指的是单纯利用引力加速。
引力弹弓得以实现的前提是所借助的质量点和需要提高与之相对速度的质量点之间是运动的。如上图,行星p和飞行器s相对太阳的速度分别是vp、vs如果以行星p为参考,那么飞行器s的速率则为vs+vp=vs0于是当飞行器s绕了一圈飞出p后,相对p的速率不会变,于是相对太阳的速率vs'=vs0,而vs0&vs于是原本相对太阳速度只有vs的飞行器s就实现了相对太阳的引力加速可以看出,所谓加速是相对飞行器s和行星p组成的系统之外的某一固定质点(这里是太阳)而言的,在行星p和飞行器s组成的系统里并没有违反任何守恒定律而事实上,在飞行器s沿vs'方向飞出后,行星p相对太阳的速率会有微小的下降,就是这点损失用来给飞行器s提供了多出的动能。由于这一组动作过程很像是弹弓,所以就称之为引力弹弓当然了这点损失相对行星p的巨大质量来说完全可以忽略————————到了星际穿越里,就是借助黑洞的引力来实现相对行星的加速,道理是一样的,这里黑洞扮演了上图中行星p的角色(引力源),而这里的行星则是上图中的太阳(参考系)。只要行星和黑洞之间有相对速度,就可以达到这个效果...————————如果上图中飞行器s是从图右边飞过来,绕了一圈又向右飞去,就会实现相反的效果——引力减速————————还是用实际数据代入比较好理解,不然有人会被绕晕:设一开始时vp=10m/s,vs=5m/s,都是相对太阳的于是s相对p的速率就是15m/s,方向向右,对吧由于势能守恒,s绕了p一圈后,相对p的速度仍然是15m/s,方向向左,对吧而p本身是相对太阳向左以10m/s运动的所以s相对太阳的速度vs'就是10+15=25m/s,是vs的5倍好理解了吧 @一只悲伤的白米饭
谢邀。我看的时候也有同样的问题。听说他们用引力弹弓时,脑补了要穿过能层提取黑洞转动能的过程。结果电影也没提到,不知道是怎么搞的。
如果以黑洞为参考系,则引力弹弓并不能改变线速度。但是有一点,在太空航行中单纯依靠自身发动机把飞船的线速度从 ‘+V‘ 降低到零,再加速到 '-V'是一个非常耗费燃料的行为。 这里使用引力弹弓可以让飞船进入绕行轨道然后在最合适的角度直接前往最后一个目标星球,燃料损耗大大少于自行变轨,我以为这才是使用引力弹弓的主要缘故。引力弹弓并没有改变线速度,但是改变了向量方向
引力弹弓现象是存在的。很多火星探测器就是通过这个加速的。大质量天体的动量很大,飞行器对于它的速度影响几乎可以忽略。你可以用类似碰撞的模型来大致理解一下:以来疾驰过来的大卡车,你扔一个球到车头,球反弹回来的速率会远远大于你扔球的速率。只不过这里是在天体背后绕一圈再回来,不考虑相对论效应的时候,方程是一样的。考虑相对论的情况下,反射方向可能会有变化,但加速是可以做到的。
我想这里面导演或许参考了彭罗斯机制。因为飞船向黑洞抛弃了两个物体(塔斯和男主以及他们乘坐的飞船),从而实现了主飞船的逃逸。其实在爱因斯坦场方程解中存在两大类迥异的黑洞模型——静止黑洞和旋转黑洞。史瓦西黑洞就是一种经典的静止黑洞,它由超过奥本海默极限(3.2倍太阳质量)的恒星演化坍缩而成,具有单一奇点,它的物理性质仅剩质量。一旦进入其事件视界(不可逃逸视界,史瓦西半径),所有事件都会被巨大的引力潮汐撕裂落入奇点。还有一种静止的黑洞模型具备的物理量除了质量还多了电荷,称为雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞。而具有自转(角动量)的黑洞,我们将其称之为克尔黑洞或克尔-纽曼黑洞,在广义相对论中,黑洞接近光速的自转能对周围空间产生拖曳(参考系拖曳),进而产生引力时间延迟。克尔黑洞与史瓦西黑洞存在重要区别,其事件视界之外还有一层叫做无限红移面的界线。从无限红移面的边界到事件视界的空间叫能层,性质温和,物质不但不会被摧毁,甚至还能获得引力加速而逃离。如果他们在史瓦西黑洞附近,飞船摆脱引力所需要的能量要多于黑洞的引力助推能量,将无法实现引力弹弓加速。但在克尔黑洞中,在黑洞能层内的飞船可以利用抛弃自重的方法将部分物质抛离,用黑洞的角动量换取剩余部分的引力加速动量,这个过程被称为彭罗斯机制——记忆力好的观众看到这就已经明白了,这就是电影中的他们在做的事。设想如果存在科技足够发达的文明,应会利用这一机制在宇宙高效获得能量。参见:潘羅斯過程
1, 不是大牛,连牛都谈不上;2,没看过这电影。我来十分不精确的回答一下你这个问题,“回答一个简单模型,从地球发射人造卫星到冥王星,是不是只能利用太阳系内其他行星或卫星引力弹弓,而不能利用太阳的引力?”----------最容易理解的方式是,取地球做为参考的中心,当然这个不是惯性系。在这个非惯性系中太阳和冥王星都绕着地球转动。我再把问题进一步简化,在此参考系中假设地球自转角速度和冥王星对着地球公转角速度相同,这下好了,你头顶天天看见冥王星站在同一个位置。你站地球,发射架对准了冥王星,一声发射!我擦,怎么越跑越偏啊(克里奥利力),比如一直向右偏。这时太阳在恰当的位置经过,比如在地球-冥王星连线的左侧,太阳说来我帮你一把,把携带卫星的火箭用引力给拽回了正轨。然后卫星就到了冥王星了。这就是引力弹功了
航天器利用行星进行加速的前提条件是该行星有自己的公转轨道(这不废话么,既然叫行星,肯定是有公转轨道的),航天器获得的恰恰就是行星公转的角动量,所以一个完全沿着直线行进的星体是没办法被利用来对航天器进行加速的(当然这种天体几乎不存在),所以从经典物理学角度我只能赞同楼主的观点,无公转轨道的黑洞应该起不到加速作用,但黑洞毕竟是黑洞,这个超越经典物理学的怪物究竟是怎么个运行机理,还是很难说的。
此部影片这部分情节应该是使用彭罗斯机制,从旋转的黑洞中提取能量。而引力弹弓效应本质上是动量守恒。
你见过这么明亮的黑洞?
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