[技术探讨]航天的未来可以是通天塔吗?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/20 20:28:49

航天发展其实已经出现瓶颈,运载效率低下,制约如载人登火、登月甚至更远宇宙探索的步伐,以后的航天运载工具怎么发展,有时间大家还是可以探讨探讨的.如图方式大家认为可行吗

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2016-6-23 11:14 上传


航天发展其实已经出现瓶颈,运载效率低下,制约如载人登火、登月甚至更远宇宙探索的步伐,以后的航天运载工具怎么发展,有时间大家还是可以探讨探讨的.如图方式大家认为可行吗
轨道末端的方向朝天空,就是打上去也会掉下来,探空火箭也可以打几白公里高,但不具备入轨速度和方向,到了高点就自动落回地面。
客居江湖 发表于 2016-6-23 12:32
轨道末端的方向朝天空,就是打上去也会掉下来,探空火箭也可以打几白公里高,但不具备入轨速度和方向,到了 ...
自身是有动力的,文字内容有说!
滑越的角度不必这么高,垂直向上没有必要。
或者做一个倾斜的直线可以避免离心加速度,减少侧向过载,可以降低强度要求。
这样这个方案就是很眼熟了对吧。。。
我喜欢天梯。不过首先要实现人类大同。
自七八十年代科普杂志上就在讲乞力马扎罗山上建天梯——这也是同期国内很多科幻小说的题材。然而呢?与之类似的还有可控核聚变和离子发动机和太阳帆——今天可控核聚变依旧未实现;离子发动机与太阳帆也只被用在重力近乎为零的稠密大气层外的少量航天器上。
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地球上最高的山峰叫莫纳克亚山,它是夏威夷岛上的制高点。

莫纳克亚山是一座死火山,它的海拔高度,即比海平面高出4206米。但是如果从海底量到山顶的话,它就高达10200米,比珠穆朗玛峰还高1200米。

通常,我们谈论山峰的海拔高度,是指从海平面到山顶的垂直距离。而山体的高度是从山脚到山顶的垂直距离。

因此,珠穆朗玛峰海拔8844.43米,是世界上海拔高度最高的山峰,但它并不是山体高度最高的山峰。

测量山峰的高度比我们通常想象的要讲究得多。因为我们很容易找到一座山峰的山顶。但是山脚在哪里,却往往并不是那么容易找到的。

例如坦桑尼亚的乞力马扎罗山海拔高5895米,有人说它比珠穆朗玛峰高,因为它位于非洲平原,在广阔的平原上直冲云霄;而珠穆朗玛峰在海拔很高的青藏高原上,它只是那里的无数山峰之一,并且世界上的其他13大高峰也位于青藏高原。因此青藏高原上的珠穆朗玛峰看起来远远没有非洲平原上的乞力马扎罗山那么引人注目。
太空电梯理论上早就成熟,而且有可行性,关键是高强度石墨烯材料的开发,天文数字级别的投资量,工程量和建成之后的安全问题,而且地面基站只能选在赤道上,会牵扯到一大堆政治,经济,文化问题,不过就目前可预见的未来而言,这应该是人类大规模进入太空的途径中最廉价,所需技术也是各种方案中难度最小的

kancollebuster 发表于 2016-6-24 09:55
太空电梯理论上早就成熟,而且有可行性,关键是高强度石墨烯材料的开发,天文数字级别的投资量,工程量和建 ...


太空电梯理论上就极不成熟,除了小说家的幻想……
你要记住,齐奥尔科夫斯基设想的太空电梯是个硬式的塔式结构,载荷在塔上上升过程中并不消耗塔顶端空间站的能量。
而现在小说家设想的软式太空电梯,载荷上升过程中不断增大的动能实际上是消耗的顶端空间站的势能,而且载荷上升速度极慢、重力损失极大,实际消耗的速度增量远大于同载荷运载火箭需要的速度增量。考虑到载荷重量级不可能太低,加上庞大的重力损失,使用电推维持轨道都不现实;而使用化学能维持轨道,考虑到重力损失,就算是载荷都是燃料,提供的速度增量都不足以弥补顶端空间站损失的轨道高度。
解决的办法不是没有,例如将顶端空间站做的极大,达到数万吨数十万吨,这样一次几吨载荷损失的轨道高度就是毛毛雨了,可以靠电推慢慢推回来。然而这么大规模空间站靠什么运载工具建设?靠初期载荷上天顶端落地的太空电梯?
kancollebuster 发表于 2016-6-24 09:55
太空电梯理论上早就成熟,而且有可行性,关键是高强度石墨烯材料的开发,天文数字级别的投资量,工程量和建 ...


太空电梯理论上就极不成熟,除了小说家的幻想……
你要记住,齐奥尔科夫斯基设想的太空电梯是个硬式的塔式结构,载荷在塔上上升过程中并不消耗塔顶端空间站的能量。
而现在小说家设想的软式太空电梯,载荷上升过程中不断增大的动能实际上是消耗的顶端空间站的势能,而且载荷上升速度极慢、重力损失极大,实际消耗的速度增量远大于同载荷运载火箭需要的速度增量。考虑到载荷重量级不可能太低,加上庞大的重力损失,使用电推维持轨道都不现实;而使用化学能维持轨道,考虑到重力损失,就算是载荷都是燃料,提供的速度增量都不足以弥补顶端空间站损失的轨道高度。
解决的办法不是没有,例如将顶端空间站做的极大,达到数万吨数十万吨,这样一次几吨载荷损失的轨道高度就是毛毛雨了,可以靠电推慢慢推回来。然而这么大规模空间站靠什么运载工具建设?靠初期载荷上天顶端落地的太空电梯?
MIRAGE10 发表于 2016-6-24 09:12
地球上最高的山峰叫莫纳克亚山,它是夏威夷岛上的制高点。

莫纳克亚山是一座死火山,它的海拔高度,即比 ...
想法不错但是弯曲的坡道非常不可取,这需要运载火箭/航天飞机承担极大的侧向过载。
一个一定角度的斜导就可以了,角度根据轨道所在纬度选择。不需要载荷最后垂直,只需要远地点在赤道上空就可以了。
楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 10:06
太空电梯理论上就极不成熟,除了小说家的幻想……
你要记住,齐奥尔科夫斯基设想的太空电梯是个硬式的 ...
用磁悬浮电梯的形式可不可行

clamp 发表于 2016-6-24 10:36
用磁悬浮电梯的形式可不可行


无论电梯是物体还是场还是什么,缓慢上升都会带来巨大的重力损失,与其像电梯一样慢慢举上去还不如像弹射器一样射上去,反而更节省能量……
clamp 发表于 2016-6-24 10:36
用磁悬浮电梯的形式可不可行


无论电梯是物体还是场还是什么,缓慢上升都会带来巨大的重力损失,与其像电梯一样慢慢举上去还不如像弹射器一样射上去,反而更节省能量……
太阳的距离里有描述,这玩意可是引发了中美战端的。
这类的话题说过多少次了,目前还看不到可行性在哪。至于未来~我不能肯定是否会采用。但相比这些科幻性更强的,火箭或航天飞机的单级入轨更实际些。
5000米级山体海拔依然不足,大气密度过大,会在底层大气带来严重的气动加热和能量浪费
冰凌血翼 发表于 2016-6-24 14:37
5000米级山体海拔依然不足,大气密度过大,会在底层大气带来严重的气动加热和能量浪费
大气层的阻力对航天发射的速度增量影响很有限,也就是1、200米/秒左右而已,高度不是问题,问题是速度。而且在穿越稠密大气层的时候,火箭速度很慢,不会有严重的气动加热效应。
yyu2000 发表于 2016-6-24 14:54
大气层的阻力对航天发射的速度增量影响很有限,也就是1、200米/秒左右而已,高度不是问题,问题是速度。 ...

看清楚LZ这是滑轨式发射,离轨时要求达到10马赫左右的速度- -
冰凌血翼 发表于 2016-6-24 14:57
看清楚LZ这是滑轨式发射,离轨时要求达到10马赫左右的速度- -
审题错误
太空电梯理论上就极不成熟,除了小说家的幻想……
你要记住,齐奥尔科夫斯基设想的太空电梯是个硬式的 ...
我有个改进版的构想,就是预应力。整个天梯顶端额外延伸一段,这样的话默认会飞远离地球,不过没关系和地面刚性连接就好了,为了稳定绳子需要一些电推动力减摆器,这些减摆器就像下蛋笔那样,最远的寿命用完就集体上升一格,最底下补一个。这样的话发射载荷就不必提供径向动量,只要控制速度就不会把天梯拽下来。但是横向的动量还是要补充,可以考虑载荷平台上大电推,比冲高,电能靠天梯导电(这点可能会有问题,超长距离的电磁力可能过大),不行就太阳能,慢一点也能上去。
我有个改进版的构想,就是预应力。整个天梯顶端额外延伸一段,这样的话默认会飞远离地球,不过没关系和地 ...
那么延伸的天梯长度要达到33万公里到35万公里,GEO轨道高度在3万6000公里,而地球引力边界远在38万公里外,即使借助月球引力也在36万公里外-_-||
把工程量翻了十倍不说,材料的强度可又要提升一个数量级←_←
那么延伸的天梯长度要达到33万公里到35万公里,GEO轨道高度在3万6000公里,而地球引力边界远在38万公里外 ...
那保留GEO站,只不过额外高飞几百公里,然后拴在地上呢?
楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 10:06
太空电梯理论上就极不成熟,除了小说家的幻想……
你要记住,齐奥尔科夫斯基设想的太空电梯是个硬式的 ...
感觉你的说法有问题,载荷增加的动能最终是消耗地球的自转动能吧?

简单考虑一个模型:天梯本身无质量,大型平衡质量块在同步轨道靠外的位置保持同步轨道的角速度,这样保持天梯的张力。重点是因为平衡质量块和地球有天梯相连,无论如何平衡质量块的角速度都会和地球一致。

就像你说的,平衡质量把载荷拉上去,会损失势能降低高度。不过只要降低后的高度还是高于同步轨道-》角速度保持和同步轨道一致上升的离心力还是大于引力-》平衡质量会上升,回到原来高度。

平衡质量之所以能保持角速度,那是因为地球通过天梯拽着它转,软质天梯完全可以做到这一点。所以最终是地球损失角动量。
wannaknow 发表于 2016-6-24 16:40
那保留GEO站,只不过额外高飞几百公里,然后拴在地上呢?
稍微具体一点的设计倒是都有GEO轨道外的配重,但是GEO轨道外与地面保持静止的角速度,线速度已经大于相应轨道的环绕速度,这可不仅仅会张紧电梯,而且会带来的地球自转方向的轨道漂移,由此带来的强度要求就不能仅仅根据重力计算了,需要的材料强度粗略估计也要大一个数量级。
enroger 发表于 2016-6-24 18:52
感觉你的说法有问题,载荷增加的动能最终是消耗地球的自转动能吧?

简单考虑一个模型:天梯本身无质量 ...
关键就在这里啊,现在对电梯材料的强度估计是以36000公里长度而不被自身重力撕裂为前提的。
而加上质量平衡块问题依旧存在,质量平衡块首先要平衡的是电梯本身的重力损失,而数以千吨的电梯材料需要的平衡块要么质量极大、要么轨道高度极高。而极高的轨道会带来极大的线速度,进一步增大对材料强度的要求;极大的配重质量又回到问题远点了,这么大的配置怎么运输到GEO轨道?


编辑:重发~

编辑:重发~
还不如把skylon先开发出来
15t 300km
11t 800km
稍微具体一点的设计倒是都有GEO轨道外的配重,但是GEO轨道外与地面保持静止的角速度,线速度已经大于相应 ...
线速度已经大于相应轨道的环绕速度
没错,但是这也只是产生张力,不会产生漂移啊。重力不足以提供全部向心力,由张力提供照样可以做圆周运动。事实上整个软梯只有一个点是恰好等于环绕速度的,底下的软梯也不会扭曲(不考虑现实世界中其它不理想的问题,比如日月什么的)
另外,虽然号称是GEO站,但我不认为有必要设GEO站+配重,直接把GEO站设高一些就可以充当配重了呀。

楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 19:06
关键就在这里啊,现在对电梯材料的强度估计是以36000公里长度而不被自身重力撕裂为前提的。
而加上质量 ...


编辑:好像我想错了,请无视此楼
再编辑:应该没错吧?最近脑子有点糊涂,想不清楚了
另外,自由软梯张力最大值在GEO高度,且只和GEO以下质量分布有关,预应力的话则加上预应力值。不管上面怎么分布都是GEO点最大。
楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 19:06
关键就在这里啊,现在对电梯材料的强度估计是以36000公里长度而不被自身重力撕裂为前提的。
而加上质量 ...


编辑:好像我想错了,请无视此楼
再编辑:应该没错吧?最近脑子有点糊涂,想不清楚了
另外,自由软梯张力最大值在GEO高度,且只和GEO以下质量分布有关,预应力的话则加上预应力值。不管上面怎么分布都是GEO点最大。
我能想到的一个问题就是过载太大,人受不了。估计发无人飞船比较合适。
楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 19:06
关键就在这里啊,现在对电梯材料的强度估计是以36000公里长度而不被自身重力撕裂为前提的。
而加上质量 ...
我要承认我对轨道电梯所知全是来自克拉克的小说,哈哈~里面的质量平衡块直接就是铺获的小行星~

平衡块本身只是需要足够质量/高度让天梯保持张力,就像你说的那已经需要上千吨的质量了。只要载荷质量不超过百吨,张力也就不过增加百吨而已,比起原本千吨的张力只是增加一点~

就是说要么因为材料强度问题永远没可能建造天梯,如果材料过关的话天梯承担载荷是完全没有问题的。
楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 18:54
稍微具体一点的设计倒是都有GEO轨道外的配重,但是GEO轨道外与地面保持静止的角速度,线速度已经大于相应 ...
所以最后天梯在张力平衡下变成伸展成S字形,可是这并不会增大多少张力(至少不可能上一个数量级)~
enroger 发表于 2016-6-24 21:01
我要承认我对轨道电梯所知全是来自克拉克的小说,哈哈~里面的质量平衡块直接就是铺获的小行星~

平衡 ...
太空电梯需要的材料强度是以36000公里长度不被自身重力拉断为基础估计的,增加配重后,张力=自身重力×2。
更何况以天梯牵引配重,得到的张力并不是一个固定的值。配重的速度远大于相应轨道高度线速度,因此会产生极大的科里奥利力,最终结果不是在牵引力下伸展成S型,而是会像一个钟摆,以地面端为圆心,做不规则运动。如果得不到纠正,科里奥利力会不断累积,并最终撕裂电梯,无论材料强度有多大。

实际上不用在细节扯太多,阿瑟克拉克想象的太空电梯实际上就是个变相的第三类永动机,理论上都不可能实现
楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 22:40
太空电梯需要的材料强度是以36000公里长度不被自身重力拉断为基础估计的,增加配重后,张力=自身重力×2 ...
"太空电梯需要的材料强度是以36000公里长度不被自身重力拉断为基础估计的,增加配重后,张力=自身重力×2。"

原本的设计就必须要有配重吧(或者是大质量物体,或者是简单的延伸天梯),没有配重的话天梯怎么能保持张力?没有配重的话整条天梯连自身的重量都不能承担就塌下来了~

配重的作用就是提供足够的离心力平衡天梯重量,顶多就是维持张力平衡天梯自身重力,怎么会×2?再顶多就是加上载荷的重量,可是载荷重量和天梯重量比就不值一提了~

科里奥利力只有在配重相对地球做徑向运动才会产生,圆周运动无论线速度多大都不会有科里奥利力。你的意思是配重拉载荷的时候降低高度时产生科里奥利力?

怎么说都不算永动机吧?
enroger 发表于 2016-6-24 23:13
"太空电梯需要的材料强度是以36000公里长度不被自身重力拉断为基础估计的,增加配重后,张力=自身重力×2 ...
在你所说的伸展为S型的过程中,径向运动就存在了
这个就是典型的第三类永动机
楠宫萧vn 发表于 2016-6-24 23:36
在你所说的伸展为S型的过程中,径向运动就存在了
这个就是典型的第三类永动机
不知道我有没有理解错:你的意思是天梯的问题不是静态力学的问题,而是动态不稳定性?

任何扰动使配重做径向运动-》从而使得切线力产生-》天梯发生震荡?而你认为震荡会发散?

你说的对,配重的确会产生圆周震荡。可是如果没有新的外部扰动帮忙的话这种震荡没有理由发散。而且可以通过工程手段压抑震荡,比如靠控制载荷的上升速度~