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太空电梯工作流程详解,解答你们的疑问(多图)

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一开始我也以为靠火箭推进纯粹是为了电影效果,但实际上绝大多数人都没注意到一个细节,电影中的电梯是分段运行的
太空电梯的设计初衷是上行下行运载容器可重复利用,通过动能和重力势能的交换,省去了发动机燃料等多于载荷,并且可以依赖于像电梯一样的低g把人安全舒服的输送到近地轨道,但电影中的并非如此,它貌似通过火箭发射,就像个**的带缆绳轨道的火箭,之后还要注水组成冰盾再入,一来一回燃料也带了,隔热介质也带了,载荷浪费了大半,这哪是太空电梯,这就是电梯形状的火箭!郭凡他就一个拍电影的,懂个锤子太空电梯!
但之后经过我反复揣摩,终于发现这可能是我看到过的最科学,最经济,最有可能实现的太空电梯了!一切误会都来源于自己并不真正了解其构造和运行方式,来源于自己最初的无知和自大!
电梯运行大致可分为三个阶段:
1.加速阶段

加速阶段采用发射模式,没错,它仍然携带燃料!太空电梯本质是一个同步卫星,维持轨道需要轿厢上行消耗的能量和下行归还的能量相同,否则电梯终端就会因为能量不守恒而降轨,人员和轿厢尚可返回,但携带的补给和建材可回不来,要么给轿厢施加推力,要么给电梯终端空间站加注燃料用于升轨。
电影中很巧妙的选择了前者,相比于耗费大量燃料把剩余的燃料携带进终端加注,不如在最初的阶段消耗燃料把上下行的能量补齐,轿厢+太空电梯的总动能和势能在此阶段是增大的,电梯终端会略微升轨
更巧妙的是:

看到四角那个跟风扇一样的东西了吗?那是什么?那是进气孔!是涡扇发动机的进气道!没错,这不是火箭助推,而是把飞机发动机竖着的喷气式助推!

注意看喷口,那不是火箭发动机典型的钟型喷口,而是典型的涡扇喷口,下面图1为火箭发动机,图1为涡扇发动机


涡扇发动机最重要的好处是他不用自带氧化剂,他可以利用大气中的氧气作为氧化剂,我们都知道火箭发动机中氧化剂占得体积和质量都得是燃料的数倍,如果燃料必须携带,那至少不用再携带氧化剂。
在发射阶段的特点有:1.喷气发射,补足载荷能量的同时获得较高的初速动,节省运输时间 2.不带氧化剂,节省大量空间和质量
2.恒速阶段
你们有没有注意到这个场景?

一个东西从上面下来和轿厢链接了,这是什么?对接?不不不,这还早着呢,这个镜头就是众人争论焦点的答案:他是一个磁吸式牵引索道,再最初的加速完成后,轿厢走出了稠密大气,来到了重力和大气阻力相对较小的一个区域(本人猜想这个位置大概在2-3万米上空的平流层),本区域气候稳定少有强对流,大气开始稀薄,蓝天开始变为星空,这时候一个爪子就把轿厢抓了往上拉,正式开始真正的“太空电梯”阶段,此阶段无额外动力,轿厢动能来自于电梯终端空间站的轨道势能,轿厢动能恒定,重力势能增加,空间站重力势能减小,轿厢-终端空间站总能量减小

上图可见,进入牵引恒速阶段后,喷气发动机关闭,采用牵引上升

上图为磁吸式牵引器特写
此阶段为我们熟悉的太空电梯阶段,无需额外动力,终端同步轨道的空间站把轿厢拉上去
3.再入阶段(下降阶段)
圣堂武士,展开护盾!!!

上升阶段没看见这底部的3*3,9块板子,他们是下降阶段展开的,这是什么?这是护盾!准确的说是可收回式制冷剂喷口,你也可以称他们为洒水口
再入阶段可能是使用多种制动相结合的,但无疑的事大气制动是主要的制动力相结合,影片中采用雾化喷水方式在轿厢底部制造一层水膜,利用某些散热方式(包括但不限于自然辐射散热,高层大气热传导等)使其成为冰,用冰盾的方式来抵抗下降时空气摩擦和压缩带来的巨大热量

上图模模糊糊不是我截图问题,也不是电梯冒烟,模模糊糊的是喷洒的水雾,继而结成冰盾

上图为四周的都是散落的冰屑,至于轨道红热有可能是因为摩擦制动的生热,也有可能是因为上升电机反转电制动产生的余热

上图为大气制动产生的火焰,可见热量巨大,因为大气制动是制动力的主要来源
此阶段轿厢归还终端空间势能,轿厢的动能恒定,终端重力势能增加,电梯组合体总能量因为摩擦等损耗减少(由此可见发射阶段通过消耗燃料补充总能量是必要的)
着陆阶段启动喷气发动机进行反冲,再次补充一部分能量,没截图。
总结:如果太空电梯真的有,那无疑是最接近电影中的样子


IP属地:江苏1楼2023-01-24 17:06回复


    IP属地:江西2楼2023-01-24 17:18
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      流浪地球的各种设计集有100万字,还要求了不止中科院的各种科学家做指导。肯定时有依据的。不是钢铁侠那种。


      IP属地:湖南3楼2023-01-24 17:47
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