種類
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靜止型的概念圖
靜止型
以平衡锤的方式,以離心力抵消總體重量,但平衡锤必需放置於同步轨道之上。
落下的力量依重力與高度:
g
=
−
G
⋅
M
/
r
2
{\displaystyle g=-G\cdot M/r^{2}}
由於地球的自轉向上的離心力隨高度的增加:
a
=
ω
2
⋅
r
{\displaystyle a=\omega ^{2}\cdot r}
因此相反方向兩者的力量總合為:
g
=
−
G
⋅
M
/
r
2
+
ω
2
⋅
r
{\displaystyle g=-G\cdot M/r^{2}+\omega ^{2}\cdot r}
其中
g是落下的力量(m s−2),
a是離心力(m s−2),
G是引力常數(m3 s−2 kg−1)
M是地球質量(公斤)
r是從該點到地球中心的距離(公尺)
ω是地球的轉動速度(弧度/秒)
導出公式:
r
1
=
(
G
⋅
M
/
ω
2
)
1
/
3
{\displaystyle r_{1}=(G\cdot M/\omega ^{2})^{1/3}}
因此計算出同步轨道在離地心高度約35,786 km處。
高速移動型
又稱「極音速天鉤(英语:Skyhook (structure))」,這是美國航太工程師罗伯特·祖布林(英语:Robert Zubrin)於1993年發表的,低設置高度,結構體下端在離地高度約100公里處,持續以10-15馬赫高速飛行以維持高度。相較於靜止型需要先運送一定質量的平衡锤到太空,高速移動型具有更低的建造成本。
組件
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这个方案旨在建造一部称作空间电梯的运输工具。空间电梯由几个部分组成:
平衡锤:平衡锤是一个比较重的物体,放置于同步轨道上方。
缆绳:缆绳是一条十分长且结实的绳子,上粗下细,用于连接地面与平衡锤。
货舱:货舱用于装载货物,它可以顺着缆绳在空间和近地端基地之间上下移动。
近地端基地:由於受到氣候的影響,不便設置於對流層以下,不然會受到颱風或下雨影響到設備的下墜力量。
材料
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奈米碳管是可行的材料之一
对于建造在地球上的空间电梯,平衡锤需要位于距离地面約3.6万公里上空,使用3.6万公里长的缆绳与地面连接。
这种缆绳必须十分结实,起初被亞瑟·查理斯·克拉克,於其小說《天堂之泉(英语:The Fountains of Paradise)》中建議由單晶材料建造,但其不宜在地球重力下大量生產,但後來發明的碳纳米管也可以胜任。包括平衡锤和缆绳的质心位于地球同步轨道的高度,同时为了保证整个装置固定,地面基站通常建造在赤道附近,同时应该尽量选择商业飞行较少的区域,以避免飞机与缆绳或货舱相撞,同时缆绳和货舱还必须能够抵御来自风和闪电的袭击。
对于建造在月球上的空间电梯,要求相比地球要低,因为月球重力较小,且没有大气因素影响,自转速度较慢,且为同步自转。这种条件下,平衡锤可以建造在月球和地球的引力中点,即月球的拉格朗日點上。
類似或配套設計
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空间电梯並不是唯一非火箭航天发射方案,其他的方案可以和空间电梯組成一個完整的登天系統。
軌道大炮(如質量投射器)
登天塔即上文中一個從地球直伸到數十至數百公里高的台,可以在大氣外直接發射航天器。
軌道環(宇宙騎士BLADE登場)與太空電梯同級大小,在低軌道上包圍地球圓周上空發射航天器的另類結構。
发射环類似軌道環但不需要包圍地球圓周的較小型設計,
軌道天鉤即小型化的高速移動型太空電梯。
太空纜索
是,也是造句我国有多少种“甜瓜”?哪个品种好吃?今天全读懂,来,涨知识了