Video

Transskription

Vi er fanger på jorden. Universet håner os ved at vise os alle de steder, vi aldrig nogensinde vil kunne besøge.

Men alligevel, hvis vores art ønsker en langsigtet fremtid, bliver vi nødt til at flygte fra vores fængsel.

Men hvad holder os overhovedet her?

Det viser sig, at vi skylder universet en gæld, der er 4,5 milliarder år gammel.

Intro

Et fængsel skabt af energi.

Alt med masse i universet tiltrækker alle andre ting med masse.

Vi kalder dette fænomen for ’tyngdekraften'.

Jo tættere du er på en stor del masse, jo stærkere bliver tiltrækkelsen, altså hvor meget du bliver trukket imod massen.

Denne effekt holder os fanget på jorden.

Vi kan tænke os til, at dette er ligesom at være fangere i et tyngdefængsel, eller en tyngdebrønd.

Det er ikke bogstaveligt talt en brønd, men et hjælpsomt koncept til at forstå hvordan dette virker.

At være i et tyngdefængsel betyder, at man skylder tyngdekraften energi.

Men hvordan kan man skylde energi?

Fordi i vores univers gider ting ikke ændre deres fart eller retning.

For at overbevise dem om at bevæge sig, skal man bruge energi.

For milliarder af år siden, samlede vores sol milliarder af milliarder støvpartikler

i sit kredsløb indtil de formede en planet.

Denne process brugte energi og skabte den tyngdebrønd som vi nu er en del af.

Jo dybere du er inde i brønden, jo mere energi skylder du tyngdekraften.

Hvis ikke du finder nok energi, kan du ikke komme ud lige meget hvad du gør.

Det er fordi, at dine atomer engang var en del af den støv som universet brugte energi på at få flyttet her hen.

Ok.. Hmm… Lade os opsummere alt det igen.

Objekter i universet kan ikke lide at bevæge sig. Det skal du overbevise dem om ved at bruge energi.

Tyngdekraften brugte energi til at overbevise delene på vores planet om at bevæge sig sammen.

Det skabte et tyngdekrafts fængsel i samme process, som har fanget os.

For at slippe fri, må vi betale med energi.

Ok. Hvordan gør vi det?

Flugten fra tyngdefængslet

For at komme ud i rummet, må vi gå igennem en kompliceret process, ved at udveksle energi.

Til det formål, byggede vi en negativ energi tilbagebetalende maskine.

Kendt ved det mere kedelige navn ‘raketter’.

Raketter fungerer ved at bruge nogen af de mest energirige kemiske reaktioner mennesker kender til

ved i bund og grund at eksplodere brændstof på en kontrolleret måde.

Det laver kemisk energi om til kinetisk energi.

Udstødningen af ​​reaktionen er rettet udad, og skubber raketten væk fra Jorden.

Ved at bruge en masse energi, øger vi vores gravitationelle potentielle energi.

Hvilket er en kompliceret måde at sige, at vi tilbagebetaler vores energi-gæld til tyngdekraften.

Men det er faktisk meget mere kompliceret end det.

Når du brænder brændstof for at komme i kredsløb, mister du masser af energi til varme, udstødning og atmosfærisk modstand,

så du rent faktisk har brug for meget mere.

Og du kan ikke bare hobe en enorm mængde af radioaktivt, virkelig eksplosivt, farligt brændstof

tæt på din last og detonere den.

Du har brug for en kontrolleret forbrænding, som er kompliceret og gør din raket meget tung.

… Hvilket betyder, at den har mere masse.

Jo mere masse, jo mere energi skal man bruge for at overbevise det om at bevæge sig,

så derfor skal du bruge mere brændstof til at løfte din raket.

Men hvis du skal bruge mere brændstof betyder det, at du skal bruge en større raket til at bære brændstoffet!

Men, det gør din raket tungere, hvilket betyder du skal bruge mere brændstof til at bære raketten…

Og så videre.

Efter alt det vandvid, skal du bruge omkring 100 gange vægten af din last til at lette

Ariane 6, for eksempel (den europæiske raket) vil veje omkring 800 tons og skulle kunne

fragte 10 tons til det geostationære kredsløb eller 20 tons i mellemkredsløbet.

Men en raketmotor kun kan producere en vis mængde kraft, så der er maksimal vægt, hvorefter den bare ikke vil lette.

Hvis du tilføjer for meget vægt, vil den ikke lette. Så du kan ikke bare bygge større og større brændstoftanke.

Dette er raket-ligningens tyranni og det betyder at rumflyvninger aldrig vil blive let.

Men vent, det bliver værre

At komme ud i rummet er stadig ikke godt nok - du er stadig indenfor tyngdekrafts-fængslet på grænsen af rummet

og du vil styrte ned på jorden igen.

At blive i rummet er meget sværere end at komme dertil.

For at nå en stabil position, hvor den kan blive for en tid, er raketten nødt til at nå lavt jordkredsløb.

For at gøre det, har du brug for meget kinetisk energi, hvilket betyder at du skal have ekstremt meget fart på

i en højde af 100 km, er det 8 km/s

28,000 km/t er hurtigt nok til at rejse jorden rundt på 90 minutter.

Her kan vi benytte os af et trick

I stedet for at flyve live op, kan vi flyve sidelæns.

Jorden er en kugle.

Så hvis du flyver sidelæns hurtigt nok (selvom du falder mod jorden), vil jorden kurve væk under dig.

Så, så længe du er over atmosfæren (ca. 100 km oppe), vil du kunne blive der oppe i kredsløb.

Det er hvad ISS gør. Falder rundt om jorden og bruger energi i ny og næ for at holde hastigheden hurtig nok.

Hvis vi betragter kredsløbs størrelser, ser vi at “nær-jord” kredsløb er latterligt tætte på Jorden

For at kunne sende f.eks satellitter afsted mod andre planeter, kræves der endnu en afbetaling af energiregningen.

At komme i kredsløb, er det sværeste element af rumfart for os lige nu.

Vil vi f.eks. sende en raket til Mars, vil vi skulle bruge halvdelen af energien kun på at komme i kredsløb

og den resterende halvdel vil skulle bruges på de 50 millioner km til mars.

Derfor er raketter, for at være så effektive som mulige, ikke bygget i ét stort stykke.

Istedet bruger vi raketter opbygget i trin. Vi behøver ikke at slæbe rundt på en tom benzintank,

så raketter kan bare smide dem fra sig.

Nutildags smider raketter deres “boostere” og “hoved-trin” under deres fremdrift

og hvert efterfølgende rakettrin er sin egen komplette raket med egen motor og brændstof.

Ok. Det er så grunden til, at det er svært at komme ud i rummet.

Hvis du synes alt dette føles kompliceret, så bare rolig: Det er bogstaveligt talt “Rocket science”.

Denne video er delvist gjort mulig via et sponsorat fra Airbus Safran Launchers og Arianespace.

De er ved at klargøre deres nye Ariane 6 raket til affyring mod rummet i 2020.

Du kan lære mere om raketten her.

Og som altid; hvis du kan lide hvad vi laver, så overvej at støtte os på Patreon.com

Det hjælper os virkeligt meget.

Hvis du hungrer efter flere rum-sager er her en playliste til dig.