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死在火星上

第四日(15)冰冷的物理與數(shù)學(xué)

死在火星上 天瑞說符 2133 2018-12-04 18:02:15

  老貓?jiān)诎准埳袭嬃艘粋€圓,“這個是火星,半徑三千三百八十九公里,大概是地球的一半,赤道長度是兩萬一千三百三十公里,也是地球的一半?!?p>  唐躍點(diǎn)點(diǎn)頭。

  老貓接著在這個圓上點(diǎn)了一個小點(diǎn),“這里是我們昆侖站和鷹號飛船的位置,位于火星的北半球,在伊希地撞擊坑平原中(Isidis Planitia),具體的位置是東經(jīng)87度,北緯12度54分,靠近赤道,我們的東北邊就是烏托邦大平原(Utopia Planitia)?!?p>  “鷹號飛船將在這個位置發(fā)射?!崩县堄霉P尖點(diǎn)了點(diǎn)紙面。

  唐躍看著老貓?jiān)诩埳显佼嬃艘粋€大圓,把第一個圓套了進(jìn)去,“這是聯(lián)合空間站的運(yùn)行軌道,近地點(diǎn)380公里,遠(yuǎn)地點(diǎn)480公里,是一個近似于圓形的橢圓軌道,它的運(yùn)轉(zhuǎn)周期是一個小時二十分鐘,也就是說,聯(lián)合空間站每隔一個多小時從我們頭頂上掠過一次?!?p>  唐躍點(diǎn)頭。

  老貓又在大圓邊上的空白處畫了一枚小火箭,“這個是鷹號飛船,發(fā)射升空的將是它的上升級……”

  老貓把火箭的上半部分框了起來,“上升段有兩級火箭,第一級是兩臺SpaceX的猛禽3C發(fā)動機(jī),它們的工作時間只有兩百秒,也就是三分鐘多鐘,在這三分鐘內(nèi),發(fā)動機(jī)必須要把有效載荷艙推入軌道。”

  老貓從火星上畫了一條弧線,慢慢延伸出來,表示成升空的鷹號飛船,然后開始繞著火星飛行。

  “如果鷹號飛船能成功發(fā)射,那么在進(jìn)入軌道之后,猛禽3C發(fā)動機(jī)和主燃料箱都會被拋掉,有效載荷艙開始繞火星飛行?!崩县埥又f,“我原定的計(jì)劃是快速對接方案,選定合適的發(fā)射窗口,讓登陸器在合適的時機(jī)發(fā)射,與聯(lián)合空間站盡快取得同步……負(fù)責(zé)調(diào)整軌道的是上升段的二級火箭,一臺俄制RD-0172發(fā)動機(jī),很成熟的毛子貨?!?p>  唐躍很放心,老貓經(jīng)驗(yàn)豐富,制定計(jì)劃還是非常穩(wěn)妥的。

  “但這個計(jì)劃現(xiàn)在已經(jīng)作廢了。”老貓聳肩。

  “因?yàn)樘鞖???p>  老貓皺著眉頭,“沒錯,因?yàn)檫@個麻煩的天氣,我們不能再根據(jù)空間站的位置來選擇發(fā)射時機(jī),而要根據(jù)風(fēng)速的變化來決定是否發(fā)射,什么時候風(fēng)速降下來了就什么時候發(fā)射……但這樣會帶來另一個問題?!?p>  “什么問題?”

  “風(fēng)速的變化是隨機(jī)的,我們不知道這該死的風(fēng)暴什么時候能減弱,所以我們完全無法在發(fā)射前預(yù)設(shè)鷹號飛船與空間站的交會軌跡,登陸器升空時空間站可能在我們的頭頂上,也有可能在火星的另一面?!崩县堈f,“因此我們只能采用慢對接的方式,先把登陸器打上去,然后讓它長時間駐留在軌道上,走一步看一步?!?p>  “你的意思是先把鷹號飛船打進(jìn)軌道,再根據(jù)情況來慢慢調(diào)整唄?”唐躍語氣很輕松,他歡快地轉(zhuǎn)椅子,“這算什么大問題?飛船都進(jìn)軌道了,最艱難的那一關(guān)已經(jīng)過了,大不了多繞火星飛兩圈,反正繞一圈也就一兩個鐘頭,寧肯慢一點(diǎn),也要穩(wěn)妥一點(diǎn),慢慢地進(jìn)行機(jī)動變軌?!?p>  老貓沉默了半晌,它盯著桌上的紙筆,“問題就出在這里。”

  唐躍一怔。

  “機(jī)動變軌是要消耗推進(jìn)劑的?!崩县埖吐曊f。

  “我知道。”

  老貓?zhí)痤^來,那張貓臉被燈光照亮,看上去毫無表情。

  “但是我們的推進(jìn)劑剩余情況可能……不太樂觀?!?p>  ·

  ·

  ·

  老貓和唐躍湊在一起,老貓下筆如飛,正在飛快地計(jì)算,滿紙都是密密麻麻的復(fù)雜數(shù)字和公式,唐躍盡管看不明白,但也緊張地站在邊上等結(jié)果,他知道這些冰冷數(shù)字的背后可能關(guān)乎生死。

  “根據(jù)空氣動力學(xué),飛行器在低軌運(yùn)行時所受到的空氣阻力為D=1/2Cρv∧2,C是阻力系數(shù),ρ為大氣密度,S是有效迎風(fēng)面積……”

  “那么大氣阻力只引起沿軌道切線方向的負(fù)加速度,方程為f=-1/2mCSρv∧2,由攝動方程可得dr/dt=2vfr∧2/μ……利用泰勒級數(shù)展開……”

  “假設(shè)初始運(yùn)行軌道半徑為R1,交會對接時,將軌道半徑降至R2,其中R1大于R2,對應(yīng)的大氣密度為ρ1與ρ2,交會對接完成之后,再利用霍曼轉(zhuǎn)移將軌道提高到……δ=√(μ/r)(1-√(2r/R1+R2)+√(u/r)[(1-√2r/R1+R2)-1]……”

  老貓的計(jì)算速度越來越快,各種希臘字母和高階方程堆了一層又一層,這些方程和算式它其實(shí)在腦子里已經(jīng)過了上百遍,寫出來只是為了給唐躍看。

  “草稿紙?!崩县堫^都不抬。

  唐躍手中端著一疊白紙,立馬把草稿紙遞過去。

  “草稿紙!”

  唐躍遞紙。

  “草稿紙草稿紙草稿紙草稿紙草稿紙!”

  寫滿了計(jì)算過程的稿紙很快就堆滿了桌面,老貓的手速最后快到唐躍都看不清了,那雙貓眼死死地盯著紙面,從火星到風(fēng)暴到鷹號飛船到聯(lián)合空間站所有的參數(shù)在老貓腦中構(gòu)成算式,它的電腦正在以每秒億萬次的速度進(jìn)行計(jì)算,模擬登陸器發(fā)射后的軌跡,然后通過手中的筆輸出到紙面上。

  唐躍站在邊上,心情忐忑,像是個正在等待高考成績的學(xué)生。

  他在心底祈禱能有個好結(jié)果,但唐躍自己也清楚物理和數(shù)學(xué)是這個世界上最堅(jiān)不可摧的東西,只要初始參數(shù)給定了,那么結(jié)果就定死了,從不以人的意志為轉(zhuǎn)移,無論其計(jì)算過程有多曲折,無論你算多少遍。

  就在他手中的白紙還剩下最后三張時,老貓停筆了,唰唰的落筆聲停了下來,漫長得如行云瀑布般的龐大算式像快刀斬麻般驟然終結(jié),最后只在草稿紙的末端留下一個簡潔冰冷的數(shù)字。

  老貓把紙豎起來給唐躍看。

  2.15547。

  “兩次?!崩县埦従徴f,“假設(shè)鷹號飛船升空時,聯(lián)合空間站在火星的另一面,那么RD-0172發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑最多只夠登陸器變軌兩次?!?p>  唐躍的大腦僵住了,一時還沒反應(yīng)過來這個數(shù)字意味著什么。

  “也就是說,鷹號飛船與聯(lián)合空間站最多只能嘗試交會兩次,如果兩次都失敗了,那么登陸器就會失去所有動力,再也無法與空間站對接?!崩县埌炎詈蟮碾y題給唐躍點(diǎn)明了,它扭過頭來看著唐躍的眼睛,那雙貓瞳眼神懾人。

  “而外頭的沙暴讓我們根本無法與空間站保持聯(lián)絡(luò),也沒法監(jiān)控鷹號飛船的實(shí)時狀態(tài),更沒法對登陸器和麥冬進(jìn)行導(dǎo)引……你知道這意味著什么嗎?”

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