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[话题讨论] 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

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发表于 2020-05-07 19:18 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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可以预见的未来,无论是月球探测还是火星探测,火箭性能都将是制约的最主要因素。昂贵的价格也将太空探测的门槛设置在世界第一梯队。而哪怕可控核聚变出现,要是仍然以发射升空脱离地球引力场为任务的开始的话,上述问题依旧存在,只是动力变得充足,价格稍微降低而已。唯有太空电梯能一劳永逸地解决问题,一千克物质的运费将下降到100甚至10美元,而太空电梯的上端则是天然的母港,星舰由送上来的物资在这里建造,没有脱离地球引力场的问题,一切都变得简单许多
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CDer:000970981
发表于 2020-05-07 19:46 超大游击队员 | 显示全部楼层
只要长9级别的火箭能复用几百次,星辰大海都不是问题
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CDer:000505584
发表于 2020-05-07 22:20 超大游击队员 | 显示全部楼层
也可以俘获小行星,不需要太大运力
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CDer:001164328
发表于 2020-05-08 08:30 | 显示全部楼层
吹哨人说实际上外星人早就在地球和火星上有星际穿越门了,我记得地球的编号好像是32,火星是31。如果外星人允许的话走这个穿越门一下子就跳到火星上去了,都不用火箭。还有去外星系星球的地址。HOHO
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发表于 2020-05-08 11:29 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

你说的这个就是电磁轨道发射
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CDer:000250779
发表于 2020-05-08 11:39 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

本帖最后由 xmwuzhiling 于 2020-05-08 11:41 编辑
mahjongkojp 发表于 2020-05-08 11:29
你说的这个就是电磁轨道发射


太空电梯和电磁轨道发射是两码事 太空电梯是一定要建设在地球静止轨道上的
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发表于 2020-05-08 11:46 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

本帖最后由 mahjongkojp 于 2020-05-08 11:49 编辑
xmwuzhiling 发表于 2020-05-08 11:39
太空电梯和电磁轨道发射是两码事 太空电梯是一定要建设在地球静止轨道上的


那基本是不可能的,静止轨道3万公里得多大质量的物质才能稳定在哪里?质量大了直接影响地球,质量小了你也挂不住你的电梯绳,你横不能弄个发动机天天的抬升轨道把。还是电磁轨道价廉物美,更实际,就是砖块你加速个几十公里也能上太空。将来工程科技和材料进步了,你可以盖个5万米高处的发射台,那很省能量了
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CDer:000250779
发表于 2020-05-08 14:33 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

本帖最后由 xmwuzhiling 于 2020-05-08 14:35 编辑
mahjongkojp 发表于 2020-05-08 11:46
那基本是不可能的,静止轨道3万公里得多大质量的物质才能稳定在哪里?质量大了直接影响地球,质量小了 ...


静止轨道是3.6万公里,和质量也没有关系,本来太空电梯的原理就是重力和离心力相等并相互抵消,所以就是固定在那里了,才叫静止轨道。
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CDer:000468782
发表于 2020-05-08 15:37 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

xmwuzhiling 发表于 2020-05-08 14:33
静止轨道是3.6万公里,和质量也没有关系,本来太空电梯的原理就是重力和离心力相等并相互抵消,所以就 ...

天梯在静止轨道以下的那部分呢,角速度是与地球自转相同,但线速度由于离地面距离小于3.6万千米,是不足够的,线速度不足够成为地球卫星所需的速度的,换句话说,那部分的天梯,重力是要大于向心力的,是要往下坠的趋势。

由于这世界找不到刚性超强的材料,从地面一直能支撑到静止轨道而不变形,即前面说的“重力是要大于向心力的”,又做不到用支撑力来弥补重力大于向心力的差额。
简单来比喻,一根很长很长的细杆,两端(与天梯还是不同,天梯是处处重力大于向心力,而不是集中在两端,嗯,比喻而已,仅供理解)相向用力顶,细杆还能直愣愣的不弯曲变形,这不可能。
因此,天梯肯定往下坠导致弯曲变形,直至某一处首先突然断裂,然后全部垮塌,玩完。
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 楼主| 发表于 2020-05-08 15:44 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

本帖最后由 engage 于 2020-05-08 15:59 编辑
mahjongkojp 发表于 2020-05-08 11:46
那基本是不可能的,静止轨道3万公里得多大质量的物质才能稳定在哪里?质量大了直接影响地球,质量小了 ...


你需要高一必修二。。。万有引力提供向心力,静止轨道周期等于地球自转周期,角速度等于地球自转角速度,你无论是往那里放一艘尼米兹还是放了一颗螺母都没有影响。兄弟,学好物理化走遍全天下
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 楼主| 发表于 2020-05-08 15:49 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

mahjongkojp 发表于 2020-05-08 11:46
那基本是不可能的,静止轨道3万公里得多大质量的物质才能稳定在哪里?质量大了直接影响地球,质量小了 ...

地球同步轨道是什么性质自己补高一物理去吧
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CDer:000468782
发表于 2020-05-08 15:53 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

本帖最后由 航母临时轻甲板 于 2020-05-08 15:55 编辑
engage 发表于 2020-05-08 15:44
你需要高一必修二。。。万有引力提供向心力,静止轨道周期等于地球公转周期,角速度等于地球公转角速度, ...


参见我的9楼,天梯在同步静止轨道以下的部分呢?
另外,你“”静止轨道周期等于地球公转周期,角速度等于地球公转角速度“是错误的,同步静止轨道的角速度是与地球自转的角速度相同,不是地球公转的角速度。
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 楼主| 发表于 2020-05-08 15:58 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 15:53
参见我的9楼,天梯在同步静止轨道以下的部分呢?
另外,你“”静止轨道周期等于地球公转周期,角速度 ...

呸呸呸写错了,另外下面的电梯部分没有问题,因为你可以当作它就是不拉不扯,只受风吹带来的横向力,因为空间站稳定在轨道上,地面也不会拉扯只存在电梯材料自身重力,这个需要上面级的调整
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 楼主| 发表于 2020-05-08 16:01 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 15:53
参见我的9楼,天梯在同步静止轨道以下的部分呢?
另外,你“”静止轨道周期等于地球公转周期,角速度 ...

通过这个材料重力提供的拉力来提供一部分向心力,那么向心力不再只有万有引力提供,需要计算一下不过这是设计和计算问题
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CDer:000176731
发表于 2020-05-08 16:04 超大游击队员 | 显示全部楼层
航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 15:37
天梯在静止轨道以下的那部分呢,角速度是与地球自转相同,但线速度由于离地面距离小于3.6万千米,是不足 ...

我想到一个办法,用大量氢气气球固定
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CDer:000468782
发表于 2020-05-08 16:04 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

engage 发表于 2020-05-08 15:58
呸呸呸写错了,另外下面的电梯部分没有问题,因为你可以当作它就是不拉不扯,只受风吹带来的横向力,因为 ...

天梯在地球同步轨道高度以下的部分,即从地面0米到3.6万千米,那么长,那么长,那么多的结构部分,重力大于向心力,靠地面支撑,哪里能支撑得了。
这可不是几百米、几千米高的东西,而是三万多千米高的东西哦,不弯曲变形并断裂崩塌,是不可能的。
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CDer:000468782
发表于 2020-05-08 16:05 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

warp1977 发表于 2020-05-08 16:04
我想到一个办法,用大量氢气气球固定

大气层外至3.6万千米的那部分呢。
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 楼主| 发表于 2020-05-08 16:08 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 16:04
天梯在地球同步轨道高度以下的部分,即从地面0米到3.6万千米,那么长,那么长,那么多的结构部分,重力大 ...

所以在纳米材料出来之前都是幻想,但几万米高的电磁轨道也是幻想。几十公里的轨道可行,但终究是为了以后修太空电梯做准备。目前的碳纳米管的性能基本就满足了,但问题是宏观上还没弄出可以用的碳纳米管
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CDer:000176731
发表于 2020-05-08 16:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 16:05
大气层外至3.6万千米的那部分呢。

剩余的凭材料的强度就够了够了
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CDer:000176731
发表于 2020-05-08 16:11 超大游击队员 | 显示全部楼层
engage 发表于 2020-05-08 16:08
所以在纳米材料出来之前都是幻想,但几万米高的电磁轨道也是幻想。几十公里的轨道可行,但终究是为了以后 ...

100公里左右的电磁轨道和电梯区别也不大了吧
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CDer:000468782
发表于 2020-05-08 16:18 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

engage 发表于 2020-05-08 16:08
所以在纳米材料出来之前都是幻想,但几万米高的电磁轨道也是幻想。几十公里的轨道可行,但终究是为了以后 ...

你这个想法是不对的,如果未来超强性能的纳米材料出来了,那空天飞机自然也会实现的,有廉价而且安全的空天飞机,天梯从商业竞争的角度说,也必然会失败的。
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CDer:000170338
发表于 2020-05-08 16:35 超大游击队员 | 显示全部楼层
航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 16:04
天梯在地球同步轨道高度以下的部分,即从地面0米到3.6万千米,那么长,那么长,那么多的结构部分,重力大 ...

不用太多支撑,大气层内结构全部是充氦气结构,一路延伸到大气层顶部。
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CDer:000124919
发表于 2020-05-08 17:27 | 显示全部楼层
电磁轨道炮和天梯都是扯犊子
火箭回收多次利用,才是可行的方法
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CDer:000161337
发表于 2020-05-08 17:32 超大游击队员 | 显示全部楼层
航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 15:37
天梯在静止轨道以下的那部分呢,角速度是与地球自转相同,但线速度由于离地面距离小于3.6万千米,是不足 ...

轨道电梯在静止轨道之上还有配重,就是用来拉起轨道基地以下的部分
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CDer:001064404
发表于 2020-05-08 17:41 | 显示全部楼层
还是得想办法把火箭发射成本大幅降低到民用大众化的程度...
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CDer:001097985
发表于 2020-05-08 17:58 | 显示全部楼层
有了太空电梯,难道就畅通无阻了么?别忘了还有太阳系引力场呢。咋们依然被束缚在太阳系内,挣脱太阳系和挣脱地球本质上都是靠能量。
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 楼主| 发表于 2020-05-08 21:02 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

星舰工程学 发表于 2020-05-08 17:58
有了太空电梯,难道就畅通无阻了么?别忘了还有太阳系引力场呢。咋们依然被束缚在太阳系内,挣脱太阳系和挣 ...

在核聚变攻破的前提下,木星的氢燃料足够人类维持太阳系铺满人口的对应生产力一直到天荒地老
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发表于 2020-05-08 21:35 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

engage 发表于 2020-05-08 15:49
地球同步轨道是什么性质自己补高一物理去吧

你搞个电梯还不如搞个几万米金字塔现实,你大概没想过这东西用什么材料,材料中间段面临什么拉力,你完全忽视了引力,您这电梯仓一上一下都是对轨道的改变。
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发表于 2020-05-08 21:52 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

xmwuzhiling 发表于 2020-05-08 14:33
静止轨道是3.6万公里,和质量也没有关系,本来太空电梯的原理就是重力和离心力相等并相互抵消,所以就 ...

现在说的不是同步轨道的卫星问题,说的是你有物质把卫星做了连接,这物质长度3万5千7百多米,你得有质量吧,地球有引力吧,这引力你怎么算?得多重算过吗?就算你把卫星再抬高点质量大点这样获得了平衡,得什么材料不会断?而且这重量是个持续不断向下的力,你总得补充轨道高度速度,这个可比单独一颗没什么外力干扰的卫星面临的问题大多了,就算你给一个很大的质量你长期下去你也要补充着绳子重量带来的损失,您要拉电梯这不是几根鱼线能解决的吧。还别说大气层内各种复杂的气候影响。
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CDer:000468782
发表于 2020-05-08 22:59 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

dfmtf 发表于 2020-05-08 17:32
轨道电梯在静止轨道之上还有配重,就是用来拉起轨道基地以下的部分

撇开材料问题,理论上可以,即高于同步轨道的部分--向心力是大于重力的,可以平衡掉低于同步轨道的部分--向心力是小于重力的。
今晚有空,简单分析了一下配重的方式合算不合算,又没有材料性能之外的其他难题。

嗯,假设配重是以同步轨道为对称平衡的,即高于轨道L距离处的质量 平衡 低于轨道L距离处的质量,整个天梯的高度就翻倍了,36000*2=72000(千米)。
当然,这肯定不是最佳方案,但是最容易分析的方案,本人学识有限,难分析太复杂的方案,姑且用这方案吧。

先推导上方某处的配重质量M2, 与同步轨道为对称的下方某处需要配重M1 的比值:
推导-天梯配重平衡.png
再搞个文档来算算,搞10个点吧,步进值为3600千米,其中第10个点为地面,即距离地心距离6400千米。
表格-天梯配重平衡.png
从结果看,上方的配重质量要高于下方需配重的结构质量,比值从1(即同步轨道3600千米处,不用文档都能知道,就没弄在文档里)到28.1(地面处)。
这个配重所付出代价还不小,换句话说,建造成本要高非常多。

嗯,以上还是静态的分析配重的方案,由于天梯建造的目的是要上下运输货物的,这动态的配重就复杂多了,即天梯还要具有一定质量的滑块,与上下运输中的货物进行动态配重。
从前面静态的分析先得出结论,滑块的质量至少是货物质量的28.1倍,且停留在最高的72000千米处。
由于货物和滑块的质量不变,假设货物上下是均速的,滑块的运行方向是相反的(下上运动),又由于前面静态分析得出的1~28.1比值,可以得出结论,滑块是不能均速运动的,是变速运动的才能配重平衡。

这很好理解,即M1(货物)、M2(滑块)质量不变,而比值是随着货物与同步轨道距离的变化,在1~28.1比值内变化的,因此只能调滑块与同步轨道的距离,换句话说,滑块是变速运动的。
这操作起来非常麻烦。

最后再提一个挺棘手的问题,上下运输的货物是要释放离开天梯的,那天梯上的配重滑块呢,是否要同时释放?
如果释放的话,滑块就成了一个椭圆轨道的卫星了,很难再返回到天梯处了,相当于白丢一个滑块了,滑块又不是凭空产生的,是建造天梯时好不容易积攒出来的,丢了,损失大了去了。
如果不释放,滑块就没东西可配重了,这就对天梯的平衡造成影响了,因为货物释放时,滑块不能正巧滑到同步轨道的地方。
这又是一个更麻烦的事情了。

以上个人见解,仅供参考。
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CDer:001097985
发表于 2020-05-09 00:23 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

engage 发表于 2020-05-08 21:02
在核聚变攻破的前提下,木星的氢燃料足够人类维持太阳系铺满人口的对应生产力一直到天荒地老

都已经核聚变了,你还当心什么被束缚在地球上。这种科技水平下,太空电梯那不是小意思。
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CDer:000970934
发表于 2020-05-09 04:38 | 显示全部楼层
太空电梯不一定非要建在同步轨道上,只要有一定向下的推力可以建在比同步轨道低的地方,推力越大轨道越低,只要给太空站不断运送能源,而太空电梯就是干这个的,只要保持在一定比例就行。
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CDer:000970934
发表于 2020-05-09 04:59 | 显示全部楼层
还有一个降低太空电梯轨道的方法,就是建一个质点在同步轨道上,两端分别在低轨道和高轨道上,只要中间连接越强,轨道就会越低。
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CDer:000970934
发表于 2020-05-09 05:13 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 22:59
撇开材料问题,理论上可以,即高于同步轨道的部分--向心力是大于重力的,可以平衡掉低于同步轨道的部分-- ...

这个应该可以解决的,不一定要有配重,只要有轨道维持动力就行,只要提高上端的轨道就会产升离心力维持货物上行,如果上端是电大推,那滑块的质量等同质量的燃料来维持轨道,绰绰有余。当然这都是在不考虑材料的基础上。
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CDer:000767685
发表于 2020-05-09 05:17 超大游击队员 | 显示全部楼层
重心保持在3万6千米静止轨道?
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CDer:000970934
发表于 2020-05-09 05:22 | 显示全部楼层
建太空电梯的思路也不一定非要实时全程连接,也可以配合部分发射、电磁发射、高塔连接或发射,也不一定非要固定一点,也可以配合水平起飞临近空间对接等等,思路开阔一些。
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CDer:000970934
发表于 2020-05-09 05:29 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

寡人我 发表于 2020-05-09 05:17
重心保持在3万6千米静止轨道?

基本是这个意思,脑洞有点大,只是个想法,也许在太空的思维方式本就和地上不一样呢。
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CDer:000250779
发表于 2020-05-09 10:26 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

航母临时轻甲板 发表于 2020-05-08 15:37
天梯在静止轨道以下的那部分呢,角速度是与地球自转相同,但线速度由于离地面距离小于3.6万千米,是不足 ...

你没搞清楚受力,梯的受力不是受压,而是受拉。当然现在的科技水平是达不到,找不到这种能承受3.6万公里长度自身重力的材料。
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CDer:000250779
发表于 2020-05-09 10:31 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

mahjongkojp 发表于 2020-05-08 21:52
现在说的不是同步轨道的卫星问题,说的是你有物质把卫星做了连接,这物质长度3万5千7百多米,你得有质量 ...

重心 重心保持在那个高度就行  当然这个只是科学构想,原理是这样而已,现在的这样的材料不是没有,只是没办法做得那么长。石墨烯的强度能满足构建电梯的要求,只是工程上无法实现
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CDer:000441831
发表于 2020-05-09 11:14 | 显示全部楼层

RE: 没有太空电梯人类将被束缚在地球上

前几天在思考这个问题,跟你想的一样
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