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一种可能的行星际轨道抛射器模型

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首先声明一下,这种轨道抛射器不是我想到的。。。是前几个月去参加某个交流活动时一个国防科技大学的同学提出来的,他还进行了相应的论证和计算,我只是把他的模型提出来供大家讨论。

抛射器如下图所示:

抛射器结构很简单,就是一个在行星轨道上运动,同时又围绕着自身质心旋转的机械结构。

航天器在低轨道与抛射器对接,在高轨道与抛射器分离。由于抛射器在轨道运动的同时还有自转,因此它的低轨道位置的速度小,高轨道位置的速度大,这个速度差也正是航天器能够获得的,它主要由抛射器的长度和自转速度决定。

为了能给航天器提供足够的,抛射器必须相当长,在那位同学的计算中,抛射器长约7km,横截面及1.6m,自转速度0.29rad/s,能够为航天器提供2km/s的。当然,要完成行星际任务的话,抛射器还应该更长、自转速度更快。

此外,可以在抛射器上安装太阳能电池板和电火箭发动机,以进行抛射器自身的轨道维持以及自转速度补充。

抛射器不仅可以给航天器提供速度增量,若在目标行星也布置有抛射器的话,还可以用于航天器的入轨减速,具体过程正好与抛射过程相反。

值得一提的是,对航天器的减速过程正好补充了抛射器的自转速度,也就是说,如果能量消耗控制恰当的话,行星际航行甚至不需要花任何燃料!!完全相当于是把旋转动能从一个抛射器转移到另一个抛射器!所以抛射器一旦建成,势必会大幅降低行星际航行成本。

我局可以考虑在星际移民初期使用这种简单的机械啊

@星际移民中心 @萨摩家的曹小喵 @章鱼喵.时见疏星

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评论 (17) 只看楼主

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  • 1楼
    2014-04-29 20:18 曹小喵回来了 科幻迷,天文爱好者,地质学研究生 只看Ta

    据说杆状物在轨道的运动方式十分复杂…………

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  • 2楼
    2014-04-29 20:22 ProtossProbe 工程力学专业,果壳SpaceX小组组长 只看Ta
    引用@萨摩家的曹小喵 的话:据说杆状物在轨道的运动方式十分复杂…………

    为什么呢。。因为高低端受力不均。。。?

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  • 3楼
    2014-04-29 21:46 曹小喵回来了 科幻迷,天文爱好者,地质学研究生 只看Ta
    引用@SpaceXploration 的话:为什么呢。。因为高低端受力不均。。。?

    似乎是的……虽然不知道这个长度会怎么样……不过我觉得应该不好说……

    当然既然是人造的肯定是会有轨道维持的……

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  • 4楼
    2014-04-30 03:33 星际移民中心 只看Ta

    姿态维持需要些能量。

    把发射飞船的能量消耗转移到了抛射器上了,不需要飞船来携带燃料,不知道这是不是好的。

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  • 5楼
    2014-04-30 06:55 ProtossProbe 工程力学专业,果壳SpaceX小组组长 只看Ta
    引用@星际移民中心 的话:姿态维持需要些能量。 把发射飞船的能量消耗转移到了抛射器上了,不需要飞船来携带燃料,不知道这是不是好的。

    恩,但考虑到抛射器无需在短时间内产生较大的速度脉冲,完全可以使用电火箭这种比冲高的发动机,或者太阳帆什么的来进行轨道维持和姿态控制,也就相当把较长时间积累的集中在短时间转移给目标航天器了

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  • 6楼
    2014-04-30 06:56 ProtossProbe 工程力学专业,果壳SpaceX小组组长 只看Ta
    引用@萨摩家的曹小喵 的话:似乎是的……虽然不知道这个长度会怎么样……不过我觉得应该不好说…… 当然既然是人造的肯定是会有轨道维持的……

    恩,虽然长度是很大,但是和太空电梯相比还是小得多吧。。

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  • 7楼
    2014-05-01 10:52 星际移民中心 只看Ta
    引用@SpaceXploration 的话:恩,但考虑到抛射器无需在短时间内产生较大的速度脉冲,完全可以使用电火箭这种比冲高的发动机,或者太阳帆什么的来进行轨道维持和姿态控制,也就相当把较长时间积累的集中在短时间转移给目标航天器了

    这倒是个比较好的地方~~ 把功率降下来了~~

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  • 9楼
    2014-05-02 14:27 章鱼喵.时见疏星 理论物理专业,西夏文爱好者 只看Ta

    我在考虑把这个加入到书里面,不过现在比较忙啊。我在想以后是不是直接开放这个星际移民书。

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  • 10楼
    2014-05-02 14:36 应该还没挂 只看Ta
    引用@星际移民中心 的话:姿态维持需要些能量。 把发射飞船的能量消耗转移到了抛射器上了,不需要飞船来携带燃料,不知道这是不是好的。

    把一部分由直线加速提供的DV变成由圆周运动提供,意味着这部分DV可以不用燃料,至少可以大大减少

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  • 11楼
    2014-05-02 16:50 ProtossProbe 工程力学专业,果壳SpaceX小组组长 只看Ta
    引用@章鱼喵.时见疏星 的话:我在考虑把这个加入到书里面,不过现在比较忙啊。我在想以后是不是直接开放这个星际移民书。

    开放之后怕设定不连续啊…

    来自果壳网移动版
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  • 12楼
    2014-05-03 12:07 章鱼喵.时见疏星 理论物理专业,西夏文爱好者 只看Ta
    引用@SpaceXploration 的话:开放之后怕设定不连续啊…

    也可以采用按照专题征稿的样子啥的,不过前提是得做出点东西来,先有点底子。我再想想。

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  • 14楼
    2014-05-05 10:43 曹小喵回来了 科幻迷,天文爱好者,地质学研究生 只看Ta

    翻到了这个……http://www.guokr.com/question/509934/

    里面提到了大型杆状物在星体周围可能会有着奇怪的轨道……

    http://www.academia.edu/3453325/Ultra_Long_Orbital_Tethers_Behave_Highly_Non-Keplerian_and_Unstable

    不过这根杆子应该没那么长(毕竟地球是很大的),所以这个效应应该不会太强吧……

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  • 15楼
    2014-05-05 11:15 奶茶爷爷 只看Ta

    弹弓效应的小型应用,但有两个问题,抛射器的质量要远大于航天器,不然减速效果会相当明显,如果没有大功率推进,抛射器会变轨。另外传统弹弓效应用的是天体,本身有大的动量和动能,而抛射器的能量却是人为添加,最终省不省能不太好说。

    来自果壳网移动版
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  • 16楼
    2014-05-05 18:34 ProtossProbe 工程力学专业,果壳SpaceX小组组长 只看Ta
    引用@萨摩家的曹小喵 的话:翻到了这个……http://www.guokr.com/question/509934/ 里面提到了大型杆状物在星体周围可能会有着奇怪的轨道…… http://www.academia.edu/345...

    恩,抛射器长度几十千米应该足够了,这个长度相比地球半径还是太小了,轨道应该可以维持

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  • 17楼
    2014-05-05 18:37 ProtossProbe 工程力学专业,果壳SpaceX小组组长 只看Ta
    引用@奶茶爷爷 的话:弹弓效应的小型应用,但有两个问题,抛射器的质量要远大于航天器,不然减速效果会相当明显,如果没有大功率推进,抛射器会变轨。另外传统弹弓效应用的是天体,本身有大的动量和动能,而抛射器的能量却是人为添加,最...

    恩,为了给航天器提供足够的速度,抛射器必须很重。但是如果抛射器太重了,旋转时承受的应力又会增加,这算是一个比较矛盾的问题。。。

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  • 18楼
    2014-05-05 18:45 曹小喵回来了 科幻迷,天文爱好者,地质学研究生 只看Ta
    引用@SpaceXploration 的话:恩,为了给航天器提供足够的速度,抛射器必须很重。但是如果抛射器太重了,旋转时承受的应力又会增加,这算是一个比较矛盾的问题。。。

    唔……这个应该也还好解决的吧?

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  • 19楼
    2014-05-05 18:53 ProtossProbe 工程力学专业,果壳SpaceX小组组长 只看Ta
    引用@萨摩家的曹小喵 的话:唔……这个应该也还好解决的吧?

    这个就看材料领域的进展了吧。

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