本文以科幻电影《流浪地球》为背景,结合动能定理、重核聚变、引力弹弓、反冲原理等物理原型,建立数学模型,对"流浪地球"的发动机进行技术分析,从而对"流浪地球"计划的可行性进行具体分析.对于问题一,为保证燃料动能大于地球引力,喷射速度至少为第二宇宙速度,本文设喷射速度为为第二宇宙速度,即Ve=11.2Km/s,利用物理学设方程,解出燃料平均加速度β=6272Km/s2,每喷出1000k g物质需要的总能量为Ek=6.272×1010J.除此之外,本文考虑到地球所能承受张力和压力等实际问题,需利用木星引力弹弓.联立天体物理学方程,建立行星发动机模型,计算并估计出发动机其他指标,包括近日点加速次数n,每次加速地球加速度α,加速所需推力F以及达到木星所需时间等.对于问题二,本文将"流浪地球"分为两个阶段,通过第一阶段将地球速度将加速到42km/s,即满足地球的最小逃逸速度,第二阶段需将地球加速到503km/s,然后保持匀速运动.通过建立模型,运用python编程,对于能量利用率这一变量对ve,推力F以及消耗的质量m耗进行讨论,得到结果:在能量利用率为2％的时候,ve大概为1/30光速,此时消耗的地球质量为地球质量64％,推力超过地球承受范围,故已知流浪地球计划不可行.最后结果为需要总能量2.29×1035J,1.5×1026吨石油,3.27×1018吨核燃料.
NETL
NSTL
万方数据
