采用空天飞机运输,单级入轨
近地轨道卫星的速度,大约为8千米/秒,而漂移式太空电梯的空中码头速度,还不到5千米/秒。原来,太空电梯各处绕地球一周的时间皆相同。但各处离地心距离不同,经过的圆周长不同,所以各处的线速度并不一致。太空电梯质心所在的轨道半径有9510千米,绕地球的速度是:6.474千米/秒。吊天梯末端离地心6650千米,空中码头的速度为4.527千米/秒。
这样,火箭停靠空中码头所需能量,只有进入300千米近地轨道的三分之一。考虑到地球引力和空气阻力等因素后,火箭理想速度与喷气速度之比:≤1.5。由前文结论可知:这时应该采用单级火箭。即无须抛弃任何构件就可以抵达空中码头。火箭返回地面,加注推进剂后,即可再次发射。我们把这种能重返大气层,重复使用的飞行器,称为空天飞机。美国航天飞机加注燃料后也可重新上天,但它要抛弃巨大的推进剂贮罐,还不能算空天飞机。
美国航天飞机返回地面后,要进行大量维护才能再次升空。空天飞机再次升空前,要不要进行大量维护呢?航天飞机在300千米高处的速度大约为7.73千米/秒,再入大气层时与空气摩擦,会产生高温,因此航天飞机前端必须贴上隔热瓦。然而隔热瓦与空气剧烈地摩擦,很容易松动脱落,因此维护工作量很大。有了太空电梯之后,火箭登上空中码头所需的速度不到航天飞机的60%。同等情况下受到的空气阻力减少了一大半。再入大气层时,不必贴隔热瓦,从而可以大大减少维护成本。
以美国太空探索技术公司的猎鹰火箭为例:采用两级火箭将货物送到半径为300千米近地轨道,火箭总重量是有效载荷的20倍以上。有了太空电梯之后,火箭重量只需货物的6倍就可以了。这样就有条件将火箭做得更结实,使火箭有条件重复使用。
用昂贵材料和尖端技术制造的火箭,只使用一次就抛弃,是火箭发射费用高昂的主要原因!当火箭能多次利用之后,发射成本的主体就变成推进剂了。在低轨道发射中,推进剂只占总成本的几十分之一。这样发射货物的费用,可降到50万元/吨以下。