今天看了《流量地球2》,针对太空电梯的一些奇特想法和大家分享~~未经论证仅供探讨哈
猿动力BOY
2023年01月25日 01:28

片子真不错!这才叫硬核科幻!

但对电影中太空电梯的设计有一点不理解。太空电梯无疑可以大量节省上太空的成本,既然如此为何在起飞时,大气最稠密的地表要使用火箭推动,让燃料与大气阻力去抗衡?太浪费能源了吧……

如果我设计的话,可能是这样:

0、首先,太空电梯的路线应该并不是直上直下的,这样会导致某些部位的拉伸压力太大,我感觉应该是从顶至地面呈现一个平滑曲线形状;因为需要把电梯重心放在35000km的同步轨道,因此需要在重心上端做配重,具体啥形状,配重多少需要高数去算,太麻烦了,我个人感觉可以做成几百平方公里面积的太阳能板进行能量收集,同时起到配重作用,这姑且只谈个大概思路哈,有兴趣的数学高玩可以算算。

1、在100公里以下的大气层采用分段机械驱动,简单说跟普通电梯配重原理类似,一个仓上升另一个仓下降达到配重均衡,每段在1公里左右分为100个分段,每1公里设置节点维护仓,存放少量维修备件但不宜过多,否则会导致这100公不必要的承重增加,100公里采用分段加速上升,即随着高度对的上升,大气压力的减少,速度逐步提升,初步手算大概是从最低处段位的50米每秒提升至最高段位的1000米每秒,也就是说到达末端一段1秒左右即可走完;承重方面,地面基础设施负责承受最底下20公里的重量,类似建大楼一样,通过稳固的地基来承重,减少20公里以上缆绳的拉伸承重压力,同时最下面的20公里也是最容易出现事故的区域(因为有动物、气候等不确定因素影响),可以存放较多的维修部件;20-80km部分则主要采用纳米材料的“钢”缆,尽量减少不必要的负重,这也是目前最难实现的部分。

2、在冲出这100公里后,大气压已经非常小,这时再点燃电梯的火箭发动机,由于火箭已经具备了1km/s的初始速度,再加上大气压几乎为0,加速需要的燃料已经减少很多,这段加速度应该是最大的,大概能达到5个G的加速度(普通人承受极限),为的是能以最快的速度通过这段长达34000公里的旅程。我没做精确计算啊,大概估一个数,火箭将1分钟在加速完成之后达到4km/s的速度,耗尽化学能之后改用电磁力继续5G加速80秒,可以基本达到第一宇宙速度。前面说了,太空电梯的路线是有一定曲线的,达到第一宇宙速度的电梯仓将会稍微减少一些对缆绳的拉力依赖;电力能源使用能达到99%以上转换率的超级电容进行存储提供,返回的电梯仓产生能量存储在电容中,再为上升的电梯仓释放能量;损耗的电能通过顶部的太阳能板进行补充。这种储能电容的体积和重量会很大,只能大量设置存放在35000公里处的同步轨道位置;这段旅程应该是一个匀加速再匀减速的过程,加速段加速度为一个G,乘客体感是2G(包含地球引力的1个G),减速段加速度为-3G,乘客体感为-2G,这样可以让电梯仓的乘客更舒适,加速和减速段的地板和天花板倒置,加减速的能源通过超级电容进行平衡再利用;这段旅途总耗时约为20分钟左右。

3、在达到35000公里同步轨道空间站后,可以大量进行人员、设备、建造中的飞船、能源和货物的长期储备和装卸区,此空间站采用和流浪地球2中类似的多层同心圆设计,不同半径的圆转速不同,产生1个G的离心加速度,这是为了让人类能长期生活在此处。中心是处于失重状态的电梯上下节点,当然也可以设计成从中心抛射出去的一段长平滑弧线后无缝对接到旋转的空间站末端,这样人体感会更舒适一些,就像我们在水上乐园坐的旋转滑梯一样。

4、同步轨道之上的配重除了太阳能源收集帆之外,还可在末端设计一些火箭发射区,毕竟距离地球越远的地方,火箭发射的初始速度越高,起步所需燃料越少。

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以上仅为个人不成熟想法,未经计算论证,本人数学功底一般,有大神协助的话可以帮忙算算,目前仅供讨论哈。