甩天梯与旋转发射

四、甩天梯与旋转发射

太空中没有空气阻力,大多数宇宙飞行只需要二次改变速度:一次是加速,脱离出发星球的轨道,另一次是抵达目标星球后改变速度,使飞船与目标星球同步。以便在目标星球上降落。在火箭两次工作之间,即整个航程的绝大多数时间内,飞船皆凭借惯性飞行。因此完全可以在启程阶段,不用火箭发动机,使飞船达到预定的速度。这些发射方式主要有:电磁炮(磁悬浮铁路)、甩天梯和旋转发射三种。

电磁炮的特点是:技术成熟,发射的方向和速度精度高。缺点是载人飞船能承受的加速度小,从而造成电磁炮太长,拉高了成本。甩天梯适用于低轨道卫星,而旋转发射方式在固定式太空电梯上更有优势。

所谓旋转发射,就是在太空电梯的系留卫星(天宫)上建个加速圆环,系根长绳连在飞船上,加速环旋转带动飞船旋转,待飞船的速度达到要求后,绳的末端突然放开,飞船就高速离开了。这与运动员甩铁饼、甩链球差不多。

当太空电梯的质心在半径为R的轨道时,要将货物甩离地球,甩天梯末端离地心距离至少要大于,所以甩天梯长度不少于:

假定太空电梯质心在半径9500千米的轨道上,要将10万吨的货物甩出地球引力范围,需要能承受2.6万吨力的甩天梯2470千米。其发射成本与该处的旋转发射方式差不多。而对于高轨道、低速飞行的太空电梯来说,旋转发射却是不二的选择!

一旦天梯锚固到赤道上,天梯的环绕速度降低,轨道半径增大,这时要发射10万吨的飞船离开地球,需要能承受2.6万吨力的甩天梯11000千米。如果采用甩旋转发射方式,只需能承受20万吨力的缆绳82千米就够了。成本仅甩天梯方案的1/17。而且发射时不影响吊天梯的运行!当然,釆用旋转方式发射飞船,需要“延长吊天梯长度,用系留卫星平衡天梯的重量”的方式,建造太空电梯。

拖动飞船旋转,将驱使系留卫星朝反方向旋转。这只要改变天宫太空城的转速就可以保持稳定。如果要使抛掷时天宫产生的摆动不至于太大,可以要求系留卫星质量至少是飞船的100倍。因为靠天宫平衡吊天梯的重量,所以天宫至少比静止轨道高数千千米。发射飞船对地球上的静止卫星,毫无影响。