太空电梯的工作原理
在这个艺术家的概念,电梯将能够携带多达13吨货物进入太空,由一束激光驱动的。更多的图片空间探索。(来源:LIFTPORT组)
1981年4月12日,哥伦比亚号航天飞机从肯尼迪航天中心在佛罗里达州,开始第一个太空任务,也意味着一个可重复使用的航天器梦想成真了。自那以来,美国国家航空航天局已经完成了超过100次的太空任务,但空气任务的成本变化不大。航天飞机和不能重复使用俄罗斯飞船发射成本约10000美元每磅每公斤(22000美元)。
正在开发一种新型的空间运输系统可以使静止轨道(GEO)旅游变得越来越普遍,并可以使全球经济变化。
碳纳米管复合材料制造的电梯是固定在一个海上平台,由一个小型抗衡延伸到空间,长约62000英里(100000公里)。然后,连接到电缆机械调整脚沿着电缆可以进行攀岩,和人类进入太空,货物的成本每磅100美元至400美元(每公斤220到880美元)。
在本文中,我们将学习如何从科幻太空电梯的概念的现实生活。
太空电梯绳带
太空电梯平衡的结束将会使碳纳米管绳带紧张状态。(照片:LIFTPORT组)
为了更好地理解太空电梯的概念,我们把一根绳子球游戏,绳子停泊在一个杆,另一端是一个球。通过这个比喻,绳子是碳纳米管复合绳带,极是地球,球平衡。现在,想象一下周围的球极不断高速旋转,使绳子紧。这是太空电梯的大意。余额在高速绕着地球,把绳带、自动电梯上下。
根据LiftPort设计提出,太空电梯的高度大约是62000英里(100000公里)。LiftPort太空电梯及其零部件进行了设计和开发的几家公司之一。团队来自世界各地的2006年10月,新墨西哥州拉斯克露丝,X奖杯举行太空升降机争夺400000美元的比赛一等奖。
电梯的核心组件是一个碳纳米管复合材料电缆带,只有几厘米宽,几乎像一张纸一样薄。在1991年发现碳纳米管让科学家们相信太空升降机可以建造。根据太空发展基金会的布拉德利爱德华兹博士说:“在过去,材料方面的挑战太大了。但是现在我们生产的碳纳米管,并建立相应的机器已经越来越先进,这些机器可以足够材料伸出长度、伸展空间钢绳带。”
根据一些早期的计划,其余的建筑材料制成的余额将被使用。(来源:LIFTPORT组)
碳纳米管的强度可能是钢100次,塑料的灵活性。这种力量来自其独特的结构类似于足球。一旦科学家可以使纤维、碳纳米管可以创建用于制造太空升降机电缆带线。之前的材料可用或缺乏力量或灵活性不足,不能制成绳带,它很容易打破。
LiftPort汤姆纽金特集团研究主管说:“他们非常高弹性模量、抗拉强度也很高,这表明,这类材料在理论上应该能够简化施工空间的电梯。”
电缆有两个方法:
碳纳米管——几米或更长时间,编织绳的结构相似。到2005年,最长的纳米管仍然是只有几厘米长。
短的纳米管可以放置在聚合物基质。目前聚合物不能与碳纳米管结合,这导致了碳纳米管在矩阵是开动时的紧张情绪。
如果长电缆与碳纳米管可以产生,就会卷成一个卷,然后送入轨道。携带筒管航天器达到一定高度,如低地球轨道,它将开始松线轴、电缆一端回落至地球。同时,轴将继续转移到更高的高度。当春天带来了地球的大气层,它将被捕获,然后落在海里和锚定的移动平台。
带电缆可以用作铁路轨道的空间。而提升坦克带着绳子爬进空间。
太空升降机有多高
如果您可以构建,太空电梯绳带将代表一个现代世界的奇迹,并将最高的建筑。2005年,世界上最高的自立式铁塔是多伦多上方1815英尺5英寸(553.34米)的加拿大国家塔。太空升降机将超过加拿大国家塔的180720倍!
62000英里(100000公里)的太空电梯将远高于航天飞机的平均海拔(115 ~ 400英里/ 185 ~ 643公里)。事实上,它等于到月球的距离(237674英里/ 382500公里)的四分之一。
把太空电梯
电梯舱将剪辑扭曲以每小时200英里的速度攀升。(来源:LIFTPORT组)
虽然电缆带仍然是一个概念结构,但太空电梯的所有其他组件可以使用现有的技术来构建,包括自动升降舱、地面站和激光功率系统。电缆,当它完成后,其他组件将几乎已经准备好启动2018年左右。
电梯小屋
自动升降舱将使用绳带引导进入太空。电梯动轮将夹在坦克和拉绳带,使电梯机舱爬到顶峰的电梯。
地面基站
太空电梯的起点将赤道太平洋的移动平台,该平台将绳子固定在地上。
平衡
符合的平衡将会配备一个重量级的。太空升降机早期计划包括捕捉小行星并使用它作为抗衡。然而,像LiftPort和科学研究所,是准备使用人工平衡。平衡,事实上,可能是电缆带生产设备,包括用于发射宇宙飞船的电缆,组装。
激光功率系统
提升坦克将在地面基站或自由电子激光功率系统。根据科学研究所,电梯上的激光设备舱的砷化镓太阳能电池启动2.4兆瓦的电力,和光伏电池能量转换成电能,使用传统铌磁直流电机。
一旦投入使用,提高坦克几乎每天都可以爬太空升降机。电梯舱重量范围从最初的5吨到20吨。20吨吊罐将能够携带多达13吨有效载荷,并有900立方米的空间。电梯舱将每小时118英里(190公里)的速度攀岩绳带,航母从卫星到各种各样的商品,如太阳能电池板,和人类。
太空电梯的维护
太空升降机电缆带应固定在赤道太平洋移动平台。作为太空升降机帮助避免轨道碎片系统作为移动平台的一部分,可以重新定位。(来源:LIFTPORT组)
太空电梯62000英里(100000公里)长,很容易受到许多危险的影响,包括天气、空间碎片和恐怖分子。随着进步空间的电梯设计方案,开发人员正在评估风险和寻求克服这些风险的方法。事实上,为了确保总有一个空间电梯可以工作,开发人员计划建造更多的电梯。工程造价,每一个的成本远低于前者。第一个太空升降机将作为一个平台,帮助建立更多的太空电梯。在这样做的过程中,开发人员要确保,即使一个太空电梯问题,其他电梯也可以继续提供有效载荷送入太空。
为了避免太空垃圾
像一个空间站和航天飞机,太空电梯需要能够避免跟踪对象,如碎片和卫星。地面基站将采取主动的方式给保护太空升降机不受这样的影响对象。目前,北美航空航天防御司令部(北美防空司令部),可以跟踪目标超过10厘米(3.9英寸)。和保护太空升降机需要一个轨道碎片跟踪系统,可以检测的大小约1厘米(0.39英寸)对象。项目开发技术的其他空间。
“我们的计划是把绳子带固定在移动平台在海洋里,“LiftPort汤姆纽金特说,“事实上,你可以通过移动地面站将绳子从卫星轨道。”
应对恐怖袭击
太空电梯孤立的地位将大大减少恐怖袭击的风险。根据LiftPort,例如,第一个地面站将赤道太平洋404英里从任何课程或通道(650公里)。只有一小部分的太空升降机范围内各种类型的攻击,即9.3英里(15公里)或以下。此外,太空升降机是一种宝贵的资源在世界各地,可能是受到美国和其他国家的军事力量的保护。
太空电梯的影响
艺术家让太阳角的概念图。(来源:LIFTPORT组)
太空升降机潜在全球影响力另一个伟大的成就——相比之下,美国的横贯大陆的铁路运输。横贯大陆的铁路建于1869年在犹他州海角,连接东部和西部海岸在美国第一次加速美国西部的发展。穿越的从几个月减少到几天。它还开辟了新的市场,也带来了新的行业。到1893年,美国有五个横贯大陆的铁路。
太空电梯的概念和横贯大陆的铁路有很多共同之处。太空升降机将创建一个永久的,从不关闭空气连接。虽然它不使太空旅行更快,但它可以使空间更频繁地旅行,并将打开一个空间发展的新时代。也许最大的驱动力为空间电梯项目,它将大大降低商品的成本进入太空。虽然低于化学推进航天飞机,但nt发射成本从10000到20000美元/磅,每磅降至约400美元。
据美国宇航局的第二阶段的最终报告作者布拉德利爱德华兹(和碳的创始人兼总裁设计)介绍,目前的估计,建造太空电梯的成本为60亿美元,法律和监管成本为40亿美元。可以参考相比,航天飞机计划在1971年预计将耗资52亿美元,但最终,耗资195亿美元,此外,每个飞行成本是5亿美元,超过50次的初始估计。
太空电梯是一个很好的替代航天飞机主要交通工具,用于卫星部署、国防、空间旅行和进一步探索。最后一点,飞船可以爬上空间电梯绳带,然后对其主要目标在太空发射,发射这种类型的燃料从地球的大气层比要求。一些设计师还认为,电梯可以建立在其他行星,包括火星。
美国国家航空航天局爱德华兹博士做了三年的研究资助。2005年,然而,它只研究空间的电梯公司分配2800万美元。虽然他们仍然对这个项目感兴趣,但现在他们更愿意等待更实质性的发展。
:凯文BONSOR
财政年度:杜松子酒
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