根据技术和物价因素,合理确定太空电梯质心高低

一、根据技术和物价因素,合理确定太空电梯质心高低

在当今技术条件下,吊天梯长度为0时,将物资运送到系留卫星的成本约1000万元/吨;吊天梯长3.6万千米时,运输成本达194万亿元/吨。吊天梯长2860千米时,一架年提升能力88万吨的吊天梯缆绳,其建造成本约3430亿元。按20年折旧,沿着吊天梯上行费用约2.25万元/吨,下行约1.65万元/吨。由地面到系留卫星的综合成本,不到45万元/吨。

因此在吊天梯从0到3.6万千米的变化过程中,综合运输成本呈两头高,中间低的状态。显然,吊天梯长度有个最佳值。当它等于这最佳值时,综合运输成本最低。这个最低综合成本跟缆绳的密度、强度、价格、空天飞机运送货物的成本等因素有关。建造太空电梯前,首先要找出综合运输成本最低的建造方案。

随着新材料比强度的纪录不断刷新,太空电梯质心最佳高度也将不断上升。整个系统的综合运输成本也将不断下降。如果将来碳纤维的强度达到4.8×1010牛顿/平方米。许用应力σ=24×109牛顿/平方米,那么:≈55,假定碳纤维价格为80万元/吨。固定式太空电梯的运费就可望降至5万元/吨以下。

为了降低火箭发射成本,吊天梯末端自然越低越好。但离地面越近空气密度越大,吊天梯移动的阻力越大。为减少空气对吊天梯的阻力,吊天梯末端又不能太低。

根据国际空间站离地面高度在345千米左右可知,在这一高度空气阻力已经很小了。而吊天梯末端运动速度比国际空间站的速度小,相应的空气阻力也小。而且太空电梯能利用电火箭和安培电流不断产生推力,所以吊天梯的末端可以比国际空间站低一些。具体离地面多少为好,要根据实际情况确定。

如果太空电梯的质心在地球同步轨道,吊天梯末端离地面高度自然是0。如果太空电梯质心所在的轨道小于2倍地球半径,吊天梯末端离地面的高度,拟不小于200千米。