太空缆索
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简介
太空缆索是一种长电缆,可用于推进、动量交换、稳定和姿态控制,或维持大型分散卫星/航天器传感器系统各部件的相对位置。
根据任务目标和高度,使用这种形式的航天器推进的航天飞行据说比使用火箭发动机的航天飞行要便宜得多。
主要技术
系留卫星可用于各种目的,包括研究系留推进、潮汐稳定和轨道等离子体动力学。采用空间系绳的五个主要技术正在开发中。
电动力系留
电动力系留主要用于推进。这些是导电系绳,携带电流,可以从行星磁场中产生推力或阻力,其方式与电动马达的方式基本相同。
动量交换系绳
这些可以是旋转系绳,也可以是非旋转系绳,它们捕获一个到达的航天器,然后在稍后的时间将其释放到一个不同的轨道上,以不同的速度。动力交换系绳可用于轨道机动,或作为行星表面到轨道/轨道到逃逸速度的空间运输系统的一部分。
系留编队飞行
这通常是一种不导电的系绳,在编队飞行的多个航天器之间准确地保持一个设定的距离。
电帆
一种带有带电系绳的太阳风帆,将被太阳风离子的动量所推动。
通用轨道支持系统
一种将物体悬挂在空间轨道上的系绳上的概念。
已经提出了空间系绳的许多用途,包括作为空间电梯部署,作为天钩,以及做无推进剂的轨道转移。
历史
康斯坦丁-齐奥尔科夫斯基(1857-1935)曾经提出一个高到伸入太空的塔,这样它将被地球的旋转固定在那里。然而,在当时,并没有现实的方法来建造它。
1960年,尤里-阿尔祖塔诺夫,更详细地写了一个想法,即从地球同步卫星上部署一条拉索,向下拉向地面,向上拉开,保持拉索的平衡。这就是太空电梯的想法,一种会随着地球旋转的同步系绳。然而,鉴于当时的材料技术,这在地球上也是不现实的。
在20世纪70年代,杰罗姆-皮尔逊独立构思了太空电梯的想法,有时也被称为同步系绳,特别是分析了可以通过L1和L2点的月球电梯,并且发现这在当时的材料中是可行的。
1977年,Hans Moravec和后来的Robert L. Forward研究了非同步天钩的物理学,也被称为旋转天钩,并对锥形旋转系绳进行了详细的模拟,这种系绳可以将物体从月球、火星和其他行星上摘下,并将物体放到月球、火星和其他行星上,而能量几乎没有损失,甚至还有净收益。
1979年,研究了这一想法的可行性,并为系留系统,特别是系留卫星的研究指明了方向。
1990年,E.Sarmont在一篇题为《轨道天钩》的论文中提出了一个非旋转的轨道天钩,用于地球到轨道/轨道到逃逸速度的空间运输系统。负担得起的进入太空的途径。在这个概念中,亚轨道运载火箭将飞到天钩的底端,而前往高轨道或从高轨道返回的航天器将使用上端。
2000年,美国宇航局和波音公司考虑了一个HASTOL概念,其中一个旋转的系绳将有效载荷从高超音速飞机(轨道速度的一半)带到轨道上。
类型
有许多不同(和重叠)的系留类型。
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动量交换系留,旋转
动量交换系留是空间系留的许多应用之一。
动量交换系绳有两种类型;旋转和非旋转。
旋转系绳将由于离心加速度而在系统的末端质量上产生一个可控的力。当系绳系统旋转时,系绳两端的物体将经历持续的加速度;加速度的大小取决于系绳的长度和旋转速度。
当一个端体在旋转过程中被释放时,会发生动量交换。动量向被释放物体的转移将导致旋转的系绳失去能量,从而失去速度和高度。
然而,使用电动系绳推力,或离子推进,该系统就可以在几乎没有消耗反应质量的情况下重新提升自己。