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震驚!太空電梯項目來了,未來指日可待


科技A城也可能是一個可移動的海上平台。太空電梯:由兩部分組成:吊天梯和甩天梯。太空工廠以下為“吊天梯”,以上稱作“甩天梯”。吊天梯:由導軌、...

- 2020年10月21日01時55分
- 科學文摘 / 502科技

A城也可能是一個可移動的海上平台。太空電梯:由兩部分組成:吊天梯和甩天梯。太空工廠以下為“吊天梯”,以上稱作“甩天梯”。吊天梯:由導軌、中轉站、托盤和驅動系統等組成。其中導軌材料的研發成功是整個地球太空站成為可能。整個吊天梯的高度為35780公裏,一端連接A城(在地面),另一端連接C城,導軌上分布著35個中轉站。吊天梯主要的功能是:將地面上的物資和人員送往C城,它是雙向的,返回的主要作用是使運載托盤形成閉路循環,往複循環使用,同時也返回一些人員和“太空垃圾”等,是C城“發展壯大”的交通樞紐,遠離地面的一些中轉站還可以用來發射不同高度要求的衛星。托盤在天梯上的運行采用超導磁懸浮,運行速度1000kg/h,最大運載能力240t/d。

甩天梯:

也是由導軌和中轉站等組成。他的主要作用是“支撐”吊天梯的空中一端。它的長度是74000公裏,它的一端在C城位置與吊天梯相連,另一端與E城相連。它也是雙向的,但是他的運輸量很小,它的每一個中轉站都能用來發射衛星,其中一個中轉站叫“月球站”,其他還有“土星站”……“火星站”等等,同時這些中轉站還能用來回收太空衛星。月球站:在月球站發射的衛星,可以直達月球的引力範圍,不再需要其他動力火箭加速或提升,只需軌道調整即可,巧的是,從月球返回的衛星,也剛好可以落在月球站。這與目前的火箭方式相比,發射一次的代價連零頭都用不了。另外,在這裏發射或接收飛船,每天都有一次機會可以選擇,幾乎不受地面天氣的影響。導軌的材料選用碳纖維,上面覆有供驅動和固定用的電磁材料,總共有2.5×108kg(材料耗資約20億美金),

截面的形狀和尺寸見圖,由於導軌上不同的高度位置所承受的拉力不同,所以不同的高度位置采用不同的厚度(等強度設計,在這裏非常重要,否則優質碳纖維將無能承擔導軌材料這一重任):吊天梯的導軌有7.1萬噸,采用優質碳纖維,其工作拉應力為15GPa,地面位置的厚度為0.08mm,承受180噸的拉力(空負荷時180噸,重負荷時40噸);C城位置的厚度1.80mm,承受4100噸的拉力;甩天梯的導軌采用普通碳纖維(主要是對高溫和低溫性能要求很高),其工作拉應力為7.5GPa,C城位置的厚度是3.65mm,承受4100噸的拉力;E城位置0.06mm,承受68噸的拉力;B城和D城分別位於距離地面34000km和37700km,其重力加速度都是0.3m/s2,是地球的1/33。

當你站在人一個太空站上往“天上”看,都能透過太空工廠看到另一個太空城,所不同的是,其中一個還能看到一個巨大的星球在天空,那是……。

這兩個城集生活區、工作區和農場為一體。E城位於太空電梯的頂端,距離地面110000公裏,質量為1150噸,是整個地球太空站中最小的城市,其重力加速度為0.59m/s2,是地球表面的1/17。在這裏發射的衛星,速度可達8.4km/s(遠大於2.6的宇宙第二速度,可以抵達太陽以外公裏的地方)。將來,隨著通訊和控制技術的提高,利用E城和甩電梯協調發送多極組合式火箭,使得造出30km/s的宇宙飛船變得容易多了。

太空站的建造:初期是太空電梯的建造,其他部分有了太空電梯就方便多了。

太空電梯的建造:導軌和其相應的空中太空電梯加工安裝設備等零部件共計1.3 ×108kg,需要將其所需的材料統統運到距地面以上35780公裏的同步軌道上,在那裏由太空軌道安裝中心向沿上下兩個方向建造導軌。很顯然,這麼多的物質運到太空很不容易,用現有的航天運載工具是很不劃算的,很現實的辦法是在安裝太空電梯之前,先安裝一個小型的太空電梯,用它來運輸未來的太空電梯,同樣道理,在安裝小型太空電梯之前,還應該有一個微型太空電梯,而微型太空電梯所用的導軌材料不是廉價的碳纖維,而是昂貴的碳納米管(可你說,沒有像碳納米管這樣的材料,一切都將沒有希望)。

地球太空站是一道靚麗的風景線,空中的C城讓地球上40%地方夜晚“伸手不見五指”成了過去,即使在白天,也有可能找到她;晚上,它是僅次於月亮的第二明亮的“星星。

到月球的路線是:從A城乘坐太空電梯,路過B城、C城和D城,兩天後到達月球站,在月球站轉乘地月太空飛船,飛抵月球太空站的“地球站”,然後乘坐月球太空站上的太空電梯到達月球表面,返回的路線,不用我說了吧?往返票價:150000美元。

-月球太空站:月球的太空電梯式太空站最有特點,它的伸向太空的一端剛好永遠指向地球,不過,雖然月球的引力小,但是實際在它上面建造太空電梯的費用卻比在地球上要大幾十倍(同等規模),其主要的原因除了月球距離我們遙遠以外,還有一個很重要的原因就是月球的自轉速度很小。因此,在140年內在月球上建造太空電梯,遠不如在月球上直接采用火箭輸送更合算。其實,等地球上有了太空電梯,加上月球的引力小,月球上的火箭輸送費用將會小到讓我們感覺非常輕松。太空加工廠:主要是將由吊天梯送上來的原材料(或成品、半成品零部件)進行加工、組裝,主要是太空工廠所需的設備。

比如太空軸承廠、太陽能發電站、飛船組裝中心,太空望遠鏡和人造月亮以及太空加工廠自身所需的裝備和太空公路系統等。太空軸承廠:制造人類所需的高精度、高速、重載軸承的鋼球。太陽能發電站:在太空工廠上的太陽能光電發電,相同面積時其發電量是地球的5倍,而且太空上有的是廉價的“地皮”,在失重的條件下可以大大減少材料消耗,大量的使用還能降低光電板的費用、提高其效率。該發電站除了自用以外,更多的將通過微波的方式送往地面供人類使用。飛船組裝中心:太空望遠鏡:這裏的每一台太空望遠鏡的能力是哈勃望遠鏡的10倍以上,而成本卻比“哈勃”還低2倍。

和人造月亮:地球上每一個10萬人以上的居住區都將擁有自己的“人造月亮”,其亮度為“滿月”時的亮度,而在一些需要的地區(比如災區), 數十個(或100個)人造月亮能把那裏變得像路燈下一樣明亮甚至更亮。由於它利用的是陽光,太空的金屬材料不容易腐蝕和疲勞,同步軌道上調整角度既方便又省力,所以基本上是一種一勞永逸的事情。導軌材料及形狀:導軌的材料是太空天梯的關鍵,除了性能需要考慮以外,成本上主要要考慮兩大塊:一個是發射費用,另一個時材料本身的成本。就目前而言:

用火箭送往同步軌道的費用是7~10萬美金/公斤;

2. 上述的太空電梯,其運輸成本只有15美元/公斤;

3. 碳納米管的抗拉強度2×1011Pa,密度1200公斤/米3,目前尚沒有能成功的制作出所需的形狀,有待於開發,但是希望是很大的,只是時間問題,目前成本3萬美元/公斤(由於本項目需求量極大,有望突破1萬美元/公斤),截面抗拉成本為6×10-5美元/米牛頓;

4. 碳纖維的抗拉強度1.5×1010Pa,密度1000公斤/米3,目前成本10美元/公斤,截面抗拉成本為6.7×10-7美元/米牛頓。可見,在運輸成本上,太空電梯只有火箭的1/5000,在材料成本上,碳纖維只有碳納米管的1/100,因此,在建造第一個太空電梯的時候,所用的導軌材料必須用火箭送往同步軌道,這時選用碳納米管最佳,而且規模不能太大。而以後的太空電梯,由於可以采用先前的太空電梯來運輸,運輸成本大大降低,就可以選用廉價的碳纖維做導軌,規模可以愈來愈大,數量愈來愈多,而成本確愈來愈低。


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