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[话题讨论] 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

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发表于 2019-3-21 22:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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这个事是这样的,最近,关于太空太阳能电站的新闻又上来了,这个新闻几年前我就知道,所以,也没什么感觉,但是,在吃饭的时候,想到这个事又来了一些新的灵感,发到论坛里来,和大家讨论一下,也给我指正一下,这个思路科学不科学。
废话不多说,先上图

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因为,每年太阳发出的太阳光,真正到地球上接受到的只是非常非常小的一部分,原因就是地球和太阳之间的距离太远了,而正是因为这一点原因,带来人类在太空部署空间太阳能电站,需要做很大的展开面积的太阳能板阵列,才能够获得足够的太阳光来转换为电力,这就带来一个问题就是,投资会非常的巨大,预算非常高,根据之前钱学森实验室的一个1万吨的空间电站方案,需要发射近100次长征9号这样的火箭进行空间载荷在轨组装。
出于这样一个背景,我就思考了上面一个方案,

就是能不能通过在太阳近太阳轨道附近部署小载荷的反光或者透镜聚焦装置,发射一些太阳光,来提高地球轨道或者说目标轨道上的空间电站太阳能板的光接受量。

这是一个前提,我也不知道这样科学不科学,发上来请教一下。


如果说上面这个思路科学上能够成立的话,那么,就有第二个利用这个装置进行太阳系内星际旅行的脑洞
太阳反射.png
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 楼主| 发表于 2019-3-21 23:10 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

这是在上面这个思路科学上成立的前提下一种利用这个脑洞进行星际旅行的脑洞

上图先
星际旅行.png
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发表于 2019-3-21 23:12 | 显示全部楼层
首先第一个反射发电不太现实,人类若有能力建造发射超大型环日反射装置的话,其寿命一定很低,成本会高的可怕,角度波动会灼伤地球,还有很多不可预见的情况会发生。至于利用太阳光星际旅行,已经有类似光帆飞船方案出现了。
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 楼主| 发表于 2019-3-21 23:16 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

chchen110 发表于 2019-3-21 23:12
首先第一个反射发电不太现实,人类若有能力建造发射超大型环日反射装置的话,其寿命一定很低,成本会高的可 ...

这种装置不需要建设的很大,因为,在近太阳轨道进行部署,只要考虑耐太阳高温和辐射冲击,可以做的很小,这是这个方案比较优势的地方,因为,近太阳轨道部署,装置接受的太阳光量必然远远大于,远离近太阳轨道的地球的太阳光接受量。
当然地球灼伤这是会有的,但是,可以先研究起来,也是一种太空武器不是(邪恶啊)
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 楼主| 发表于 2019-3-21 23:19 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

chchen110 发表于 2019-3-21 23:12
首先第一个反射发电不太现实,人类若有能力建造发射超大型环日反射装置的话,其寿命一定很低,成本会高的可 ...

我之前看过国外一种利用微小当量聚变爆炸产生离子风推动光帆进行前进的一个脑洞,那个确实给了我启发,但是,核聚变是当下无法做到的,而且聚变装置本身很大,必然要占用航天器的吨位,所以,借鉴了一下这个思路,改成固定反射透镜阵列,这样航天器可以不用携带聚变装置了,当然,靶球还是需要携带。这个可以开发成一种太阳系内星际旅行的空间高速公路
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发表于 2019-3-21 23:54 | 显示全部楼层
理论上是可以。但怎么同步。控制信号与反射器就有8分钟的延时。
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发表于 2019-3-21 23:57 | 显示全部楼层
理论上是可以。但怎么同步。控制信号与反射器就有8分钟的延时。
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 楼主| 发表于 2019-3-22 00:00 超大游击队员 | 显示全部楼层
幽灵队长 发表于 2019-3-21 23:54
理论上是可以。但怎么同步。控制信号与反射器就有8分钟的延时。

反射器阵列是相对固定的,调整好角度就可以了,如果要让反应区跟着飞行器屁股走,可以通过建设几组阵列进行接力。你可以认为每个反射器阵列是一个大炉子,飞行器走到炉子前,扔进去一个靶球进行反应,推动自身前进到下一个炉子
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发表于 2019-3-22 00:02 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-21 23:16
这种装置不需要建设的很大,因为,在近太阳轨道进行部署,只要考虑耐太阳高温和辐射冲击,可以做的很小, ...

我纠正下观点,反射发电方案不可行。

你从地球上看太阳多大,你制作的反射装置可以大过太阳么?
在地球上看太阳旁边蚂蚁大小的反射装置发电?
天方夜谭了,物理观不够啊兄弟。
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 楼主| 发表于 2019-3-22 00:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
chchen110 发表于 2019-3-22 00:02
我纠正下观点,反射发电方案不可行。

你从地球上看太阳多大,你制作的反射装置可以大过太阳么?

我还没有仔细计算过,但是,我觉得应该能行,回头我算算。
反射装置不需要做的太阳那么大,可以做的很小,然后最好带上透镜进行聚焦,这个原理类似于我们拿放大镜在太阳下用来烧蚂蚁,透镜离光源和透镜与聚焦点是有比例的,这个反比是很大的数。
明天我算算,在近太阳轨道进行部署是能获得正收益的。
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发表于 2019-3-22 00:38 | 显示全部楼层
最根本的障碍在于光电转化效率———你就算把太阳所有的光都集中在一点上,但能量转化效能不匹配那也没辙。

光度增强而转化率不足还意味着太阳能电站有过热的风险———虽然太空飞行器的背阴面温度极低,但考虑到真空环境中向外界散热的最终途径只能是极其缓慢的热辐射,所以这必然会进一步放大太阳能电站的建造成本和使用风险。
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 楼主| 发表于 2019-3-22 00:55 超大游击队员 | 显示全部楼层
htucd 发表于 2019-3-22 00:38
最根本的障碍在于光电转化效率———你就算把太阳所有的光都集中在一点上,但能量转化效能不匹配那也没辙。 ...

散热这一点确实很麻烦,是个大问题。至于光电转换这块,我记得好像之前有个报道,是材料决定的,入光量越大,功率会越大,比值是固定的,不知道是不是这样的。然后,我一开始的思路是用这个装置直接对海进行照射,对海水进行蒸发,调节大气,增加降雨量(随时会杀死大量的海洋生物,邪恶,哈哈)
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发表于 2019-3-22 10:17 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-22 00:00
反射器阵列是相对固定的,调整好角度就可以了,如果要让反应区跟着飞行器屁股走,可以通过建设几组阵列进 ...

地球是围着太阳转的,位置怎么可能相对固定?
最基本的物理知识你应该知道吧,离太阳越近,公转周期越快,否则无法抵消太阳引力。
除非你发明能够违背现有物理规律的黑科技,否则不可能办到。
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发表于 2019-3-22 10:22 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-22 00:00
反射器阵列是相对固定的,调整好角度就可以了,如果要让反应区跟着飞行器屁股走,可以通过建设几组阵列进 ...

即使你把这玩意儿放在水星轨道,那地球公转一圈它可得公转4圈多。
如果再往里放那就得更快,先不说散热问题,光是位置就不可能法达到你说的“相对固定”
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发表于 2019-3-22 11:41 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-22 00:00
反射器阵列是相对固定的,调整好角度就可以了,如果要让反应区跟着飞行器屁股走,可以通过建设几组阵列进 ...

太阳光实在太弱太弱了,你得把太阳光至少变强一千万亿倍以上,才有可能得到引发短时间聚变的强度,这还是刚刚出发。

而随着飞船与反射器距离的增大,变强需求与反射器距离的平方成正比,

所以这么做毫无意义,有这技术直接再飞船上使用激光就好了。
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发表于 2019-3-22 16:56 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

本帖最后由 猎杀m1a2 于 2019-3-22 16:58 编辑
蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-22 00:00
反射器阵列是相对固定的,调整好角度就可以了,如果要让反应区跟着飞行器屁股走,可以通过建设几组阵列进 ...


不行的。
离太阳越近,公转速度越快。所以这些是不可能相对固定的——开普勒第三定律,轨道环绕的平均角速度与轨道半径的1.5次方成反比。

如果说有很多和地球绕太阳公转定相的轨道,那么也可以通过轨道定相关系取得周期性组合镜面去实现相对稳定的反光面积。但是现实中地球以内并没有这样条件的定相轨道。
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发表于 2019-3-22 22:25 | 显示全部楼层
第一个方案会带来聚焦灾难。事故发生后,把地球人烤的很难受。
第二个方案可行。但是但是,如果成本太高,还不如在地球上用激光照射来的方便。
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 楼主| 发表于 2019-3-22 23:00 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-22 10:17
地球是围着太阳转的,位置怎么可能相对固定?
最基本的物理知识你应该知道吧,离太阳越近,公转周期越快 ...

这个有一块可以利用,就是拉格朗日平衡点,地月系统有四个位置,地球太阳也有四个位置,水星太阳也有四个位置,当然,你说的公转速度不一样这个是客观存在的,但是,可以通过反射器星座来解决,比如利用太阳的南北极轨道。这个我没有具体算过,理论上应该是可行的,但是,具体正收益还是负收益,不知道。可以探讨
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 楼主| 发表于 2019-3-22 23:07 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

平行异面 发表于 2019-3-22 22:25
第一个方案会带来聚焦灾难。事故发生后,把地球人烤的很难受。
第二个方案可行。但是但是,如果成本太高, ...

第一个方案可以进行研究,地球用不了,小行星,火星,土星这些都应该会有一定用武之地,而且这个技术,军事和经济潜力还是很大的。而且实验用卫星,可以选择那些微小卫星,一次多发射,形成透镜反射器星座
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 楼主| 发表于 2019-3-22 23:21 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

平行异面 发表于 2019-3-22 22:25
第一个方案会带来聚焦灾难。事故发生后,把地球人烤的很难受。
第二个方案可行。但是但是,如果成本太高, ...

这是概念图,这种小卫星如果像这种一体化程度高的,而不是传统的展开式的,缺点是面积小,但是,优点也有就是可以做的很坚固,内部控制系统好效率高,批量化生产,以数量来弥补与展开式的差距
小卫星.png
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发表于 2019-3-23 00:28 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-22 23:00
这个有一块可以利用,就是拉格朗日平衡点,地月系统有四个位置,地球太阳也有四个位置,水星太阳也有四个 ...

轨道运行到这种地方的时候怎么弄?

1.jpg
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 楼主| 发表于 2019-3-23 00:49 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 00:28
轨道运行到这种地方的时候怎么弄?

刚刚看到,这种情况就利用太阳的极地南北轨道吧,这个就很宏大了,我找个网图3维的画一画吧
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发表于 2019-3-23 00:51 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 00:49
刚刚看到,这种情况就利用太阳的极地南北轨道吧,这个就很宏大了,我找个网图3维的画一画吧

太阳的极地南北轨道就更不可能保证位置相对固定了。
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 楼主| 发表于 2019-3-23 01:00 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 00:51
太阳的极地南北轨道就更不可能保证位置相对固定了。

我还说错了 拉格朗日点是有五个点 那么以水星-太阳为系统也有五个位置 在这五杆济艽锩卫星可以是一个相对平衡位置
拉格朗日点.png
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发表于 2019-3-23 01:02 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 01:00
我还说错了 拉格朗日点是有五个点 那么以水星-太阳为系统也有五个位置 在这五杆济艽锩卫星可以是一个相对 ...

对啊,但问题是那5个点都在水星附近,只要水星运行到与地球相对的太阳背面还是没办法。
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 楼主| 发表于 2019-3-23 01:16 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 01:02
对啊,但问题是那5个点都在水星附近,只要水星运行到与地球相对的太阳背面还是没办法。

我画的一个反射器与极地轨道概念图
反射器位置.png
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发表于 2019-3-23 01:22 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 01:16
我画的一个反射器与极地轨道概念图

这就是典型的量变引起质变的例子了。
你对日点的距离和行星公转轨道的理解有偏差,以行星公转轨道来看,日点的距离基本上可以忽略不计。你等下我去给你画个图。
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发表于 2019-3-23 01:29 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

本帖最后由 老狼正宗 于 2019-3-23 01:31 编辑
蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 01:16
我画的一个反射器与极地轨道概念图


这下清楚了吧,而且就算极轨道,也会出现卫星运行到相对行星的太阳背面位置,还是挡住了。

1.png
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 楼主| 发表于 2019-3-23 01:32 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 01:29
这下清楚了吧,而且就算极轨道,也会出现卫星运行到相对行星的太阳背面位置,还是挡住了。

如果要强行不当,那么只有地球-太阳的拉格朗日点可以做到
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发表于 2019-3-23 01:36 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 01:32
如果要强行不当,那么只有地球-太阳的拉格朗日点可以做到

但这点距离并不能明显提高太阳能的利用效能,没有任何价值。
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 楼主| 发表于 2019-3-23 01:39 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 01:29
这下清楚了吧,而且就算极轨道,也会出现卫星运行到相对行星的太阳背面位置,还是挡住了。

对于地球-太阳系统来说,部署在太阳极轨道卫星确实还是会存在遮挡问题,这点我承认,所以必须在同一极轨道部署数个反射卫星,这样能够始终保证有一颗对准地球,这个工程就比较浩大了
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发表于 2019-3-23 01:43 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 01:39
对于地球-太阳系统来说,部署在太阳极轨道卫星确实还是会存在遮挡问题,这点我承认,所以必须在同一极轨 ...

然而投资大于收益的工程,是没有任何价值的。
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 楼主| 发表于 2019-3-23 01:43 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 01:36
但这点距离并不能明显提高太阳能的利用效能,没有任何价值。

地球太阳的拉格朗日位置确实效率不高,最好还是近太阳轨道,哪怕只是提高万分之一反射到地球区域的阳光量,对于整个地球的影响都是不得了的事情
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发表于 2019-3-23 01:46 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 01:43
地球太阳的拉格朗日位置确实效率不高,最好还是近太阳轨道,哪怕只是提高万分之一反射到地球区域的阳光量 ...

有那闲功夫还不如在地球轨道上多装几块太阳能电池板,得到的能源总量都差不多,而且维护修理也方便得多。
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 楼主| 发表于 2019-3-23 02:15 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 01:43
然而投资大于收益的工程,是没有任何价值的。

这个脑洞现在下结论是负收益为时尚早,总体来说,无论是哪个轨道位置,哪个利用角度,光电也好,光热也好等等,这套系统的能源消耗与输出是正收益的,现在的问题是如何扩大这个正收益。而且,整个系统的技术,我还没有看到对于人类现在技术状态比较超前,难以实现的地方。
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发表于 2019-3-23 07:56 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

蓝蓝天空白云 发表于 2019-3-23 02:15
这个脑洞现在下结论是负收益为时尚早,总体来说,无论是哪个轨道位置,哪个利用角度,光电也好,光热也好 ...

可以非常肯定的下结论,这个脑洞是没有实际工程价值的。
因为有其它更为廉价的方案可以达到相同的效果,比如在地球轨道多安装点电池板什么的。
不光是建设费用更廉价,而且维护和修理费用也更廉价。
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发表于 2019-3-23 08:32 | 显示全部楼层
我刚闲得没事算了一下。
由轨道半径可知水星:57 909 100 公里  地球:149 597 870公里
先不考虑轨道椭圆的问题,假设两个星球的轨道都大概是正圆,那么地球轨道的球面半径就是水星的6.67倍
由此可知水星轨道附近的太阳光能量密度大概是地球轨道附近的6.67倍左右。
但考虑到太阳遮挡地球和水星视线的问题大概能有一半左右时间能做工,那么能量采集效率在最好的状态下也只有3.4倍不到。
我们来算一下到水星的发射费用,去年欧洲的“贝皮科伦布”水星探测器发射费用超过30亿欧元,按现在的汇率算大概34亿美元。而探测器重4.1吨,那么每公斤的发射费用就是829268美元。
再看一下地球轨道的发射费用,现在大概是每公斤1万美元左右。
那么按你这个脑洞进行工程建设,就需要花将近82.9倍的价格去获得3.4倍不到的效率,你觉得有可行性么?

@蓝蓝天空白云
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发表于 2019-3-23 19:34 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 自由狼-台风 于 2019-3-24 02:45 编辑

价值、收益什么的肯定会有,但在当下、以及可能一两代人以内的技术水平,收益赶不上成本。

石油开采,收益大大的,在秦汉时代干,合适么?
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 楼主| 发表于 2019-3-23 21:26 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

老狼正宗 发表于 2019-3-23 08:32
我刚闲得没事算了一下。
由轨道半径可知水星:57 909 100 公里  地球:149 597 870公里
先不考虑轨道椭圆 ...

水星是0.4个天文单位,地球到太阳是1.如果要比光照强度,应该是球体比,1/0.4*3次 大概是15倍
至于工作时间,通过部署反射器中转即可
每公斤发射费用也是对的,但是在地球轨道接受到的太阳光也是固定的
但是,这个思维模型是静态模型,没有考虑新技术进步的因素。
仅就反射器本身来说,输入的太阳光是无消耗的,输出的功率扣掉反射器本身微弱的能源消耗(事实上在拉格朗日位置能源消耗非常非常低),反射器本身的能源是正收益,而且相当可观

而且相比于核电发电,火电,风电水电等发电方式,太阳轨道太阳能开发利用除了清洁能源,更重要的是在军事,技术尤其是对航天发展的推动作用,搞核电,火电,载人登月都没办法根本上助推航天走向产业内循环,扩展到太阳轨道太阳能开发利用是属于那种难,但是有决定性的事情
毕竟地球轨道你只能收到水星轨道1/15的阳光
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 楼主| 发表于 2019-3-23 21:43 | 显示全部楼层

RE: 请教,一个关于太阳能和一种新的太阳系内旅行的脑洞

自由狼-台风 发表于 2019-3-23 19:34
价值、收益什么的肯定会有,但在当下、以及可能一两代人以内的未来,收益赶不上成本。

石油开采,收益大 ...

你说的这个提醒我了
我补充一条,在太空军事领域
特殊的引力位置是未来兵家必争之地,比如说拉格朗日点,月背,尽早进行研究有助于在更高维度进行太空战略部署,赢得先机。
而且不同光谱的聚焦效应对于地球具体的影响程度,实质层面都没有进行操作,比如说,通过这套系统部署到水星上,有个五六个微小反射器,研究一下反射紫外线,这些,实际上成为继核武器之后,中国第二件能够具有强大威慑性武器,想一想,通过卫星群调姿,在几个小时内,让北美大陆的紫外线照射量提高15倍
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