沒有大火箭，我們能進入太空嗎

2020-08-20 冬哥譜科


自從人類在20世紀50年代開始將衛星送入軌道以來，我們一直依靠巨大而強大的火箭來逃離地球引力，進入太空。

但大型火箭有一個主要的缺點，那就是它們使太空發射變得非常昂貴。

舉個例子：根據NASA監察長辦公室(OIG)2017年的一份報告，NASA的太空發射系統重型升力火箭計劃在2019年12月進行首次飛行，每次發射的成本估計為10億美元。

據CNBC報導，SpaceX經濟得多的獵鷹重型(Falcon Heavy)於2018年2月從甘迺迪航天中心成功發射，完全可消耗的最高版本的發射成本仍在9000萬美元至1.5億美元之間。

然而，幾十年來，有遠見的人一直在尋找進入太空的方法，而不依賴-至少不是主要依賴-火箭動力。

空對軌發射。

一種這樣的替代方法，空對軌發射，似乎即將成為現實。

由微軟聯合創始人保羅·艾倫於2011年創立的私營太空發射公司Stratolaunch有一個雄心勃勃的計劃，要將世界上最大的飛機飛行到10668米的高度，翼展117米。

在那裡，它將作為小型火箭動力飛行器的高空發射平臺。

一旦釋放，這些飛行器將不必像地面發射的火箭那樣克服低層大氣厚度造成的阻力，而且它們將能夠進入軌道，而不必燃燒那麼多燃料。

2018年8月，該公司宣布了其四種不同類型運載火箭的陣容。

一種仍在設計研究階段的交通工具，一架可重複使用的太空飛機，可以運送貨物或機組人員。

與此同時，另一家空軌機構維珍軌道公司(Virgin Orbit)計劃使用一架改裝的波音747-400作為其LauncherOne火箭的平臺，該火箭將推動衛星進入軌道。

高架發射筒。

早在20世紀60年代中期，超導磁懸浮列車推進技術的共同發明人詹姆斯·R·鮑威爾(James R.Powell)和工程同事喬治·邁斯(George Maise)多年來一直主張將這項技術也用於發射太空飛行器。

不是發射臺，Startram項目將使用一個巨大的高架發射管。

鮑威爾通過電子郵件解釋說：「想像一下真空隧道中的磁懸浮(磁懸浮)列車。」

「由於沒有空氣阻力使車輛減速，也不需要攜帶大量的機載推進劑(火箭就是這種情況)，達到2,900公裡/小時或更高的軌道速度相對容易。

當車輛在高海拔(例如，在高山的頂端)離開隧道時，車輛的速度將如此之快，以至於它基本上可以滑行到軌道高度，在那裡使用小型火箭來繞軌道運行。


1992年，在NASA一位同事的建議下，鮑威爾首次開始考慮使用超導磁懸浮發射太空飛行器。

最初，他和梅斯開發了一個耗資1000億美元的系統概念，適用於載人航天發射，其中一個管子將用巨大的超導電纜懸浮。

他們估計，純貨運系統的建造成本可能為200億美元，低於開發NASA新的重型發射火箭的成本。

但鮑威爾說，一旦建成，Startram每年可以將10萬噸的貨物運送到太空，是火箭發射目前運載的許多倍，並將設備送入近地軌道，成本約為每磅50美元(0.45公斤)。

太空電梯。

另一個多年來一直存在的想法是建造太空電梯。

NASA網站上的這篇2000年的文章描述了如何將地球赤道附近的一座高大的基座塔通過電纜連接到地球同步軌道上的衛星上，衛星位於海拔35,786公裡的地方，這將起到制衡的作用。

四到六條電梯軌道將沿著塔樓和纜線結構延伸，通向不同層次的平臺。

電磁驅動的車輛將在軌道上升起，在大約5個小時內進入軌道空間-同時提供沿途令人嘆為觀止的景色。

這個概念可以追溯到1895年，當時俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)建議建造一座「天空城堡」，附屬於類似巴黎艾菲爾鐵塔的結構。

美國國家航空航天局(NASA)的一名研究人員在2005年撰寫了一篇論文，內容是建造它需要開發哪些技術。

從那時起，太空電梯的追隨者們繼續兜售這一概念，正如2015年IEEE Spectrum的這篇文章所詳述的那樣，他們成立了一個組織-國際太空電梯聯盟(International Space Elevator Consortium)，該組織舉辦會議並發布技術報告。

然而，太空電梯的可行性在2016年受到了打擊，當時中國研究人員發表了一篇論文，詳細介紹了他們的發現，即碳納米管是太空電梯支持者寄予希望的材料，很容易受到一個缺陷的影響，這種缺陷可能會顯著降低它們的強度。

多年來出現的其他想法包括發送有效載荷在將其拋入近地軌道之前繞著螺旋形鋼軌旋轉，以及使用飛艇作為發射平臺。



來源：Patrick J.Kiger

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