关于地月空间站的初步设想
今年以来商业航天成为热门,大家都在讨论商业航天。中国的载人登月计划在有条不紊地进行,此时美国的阿耳忒弥斯2号正在绕月飞行。大家都在关心的一个问题是,阿耳忒弥斯2号在飞往月球的时候可以缓慢加速,但是在返回大气层的时候减速非常迅猛,其承受的温度要超过3000度,是一个极大的技术考验。中国在载人登月计划也面临同样的难题。
人类登月需要在三个环绕速度下进行,第一个速度是绕地球速度,也称之为第一宇宙速度,速度值为7.9千米每秒,要从地球飞到月球必须至少达到第二宇宙速度,其值为11.2千米每秒,但是宇宙飞船到了月球必须减速,因为绕月飞行速度只有1.8千米每秒。所以,从地球上一次性达到月球,需要首先加速到第一宇宙速度,进入绕地轨道,然后在适当时候加速到第二宇宙速度甚至更高的速度,飞行40万千米以后在月球附近减速,减速到原速度的十分之一左右才能登录月球。从月球返回地球的时候刚好相反。这个过程需要大量的能源和燃料,在太空中燃料是极其稀缺的,所以存在一个最节省燃料的空间轨道,沿着这条轨道才能够最大限度节省燃料,这个轨道叫“地月转移轨道”。
地月转移轨道解决了一次性登月计划的燃料问题,但是未来需要长期驻守月球,需要多次往返地球和月亮,如果都采用一次性飞船,那么是对资源的巨大浪费,也是对燃料的巨大浪费。很显然,未来要长期驻守月球,必须按照环绕地球,地球月亮之间运输,环绕月球三个速度要求,分别建设三个空间站,然后在空间站之间转运物资和人员,只有这样,才能最大限度地节省物资和燃料。
分别建设绕地球空间站,地球转移月球空间站和绕月空间站,是牛顿惯性定律的客观要求。三个空间站在各自的轨道上长期运行,其燃料成本基本为零,由于惯性,空间站可以在各自的轨道上自动惯性运动,我们要做的只是把人员和物资在各个空间站之间倒腾。轨道维护只需要少量燃料做变轨和姿势修正,可以使用小型火箭推进器或者霍尔推进器。
如何在各个空间站之间相互衔接?根据开普勒定律行星运动定律,在相同时间内半径向量所扫过的面积是相等的,也就是说每一个空间站在轨道上的速度不是相同的。所以为了解决各个空间站之间的转移问题,必须把每一个空间站的运行轨道都设置为椭圆形。空间站在椭圆形轨道上速度是变化的,必然有一段轨道上速度很大,有一段轨道上速度很小。在地月转移轨道空间站和绕地球空间站之间必然会有一段轨道速度基本相同,可以利用这段轨道进行对接,实现物资和人员的转移。但是在地月空间站和月球空间站之间,要实现物质转移十分困难,因为当地月空间站飞临月球的时候速度很大,可能超过12千米每秒,而绕月速度只有1.8千米每秒,此时要实现地月空间站和绕月空间站的对接需要减速。这种减速困难更大,解决的办法主要有两种。一种情况是当从地月空间站转移到绕月空间站的时候,使用减速火箭来执行,另一种就是利用牛顿第三定律,把绕月空间站上的转移设备(绕月仓)以极大的,减速方向的弹射力弹射出去,此时绕月仓的飞行速度会降低,而地月空间站会加速,这种设备和轮船上的电磁弹射器的功能有些相似。而从绕月轨道转移到地月空间站则必须使用火箭加速,似乎没有别的更好的办法。
使用三种空间站分别担任月亮和地球之间的飞行载物任务可以节省大量的燃料和物资,也可以减小技术难度。地月空间站上不需要人员长期驻守,其质量和规模可以做到很大。这些设施对于实现长期月球任务和深空探索是很重要的。
外行之言,无需认真!!!
转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自樊晓英科学网博客。
链接地址:https://wap.sciencenet.cn/blog-117615-1529247.html?mobile=1
收藏