地球同步軌道的空間站內,「離心力」可以達到地面1G的水平嗎?

2020-12-06 星辰大海路上的種花家

這是一個比較有趣的話題,因為這裡所說的同步軌道其實有好幾種同步軌道,但無論在哪種同步軌道的空間站內都是失重的,因為能在這個軌道上運行的話,它所受到的「離心力」和引力是平衡的,因此是一種平衡狀態,下面我們就這兩個來做個簡單的討論:

一、同步軌道的種類

1.太陽同步軌道:並不是與太陽同升同落,而是與太陽保持固定的角度,這種軌道傾角一般都在90°附近,星下點通過兩極,因此又稱極地太陽同步衛星軌道;

2.傾斜同步軌道:與靜止軌道高度一致,但存在傾角的的軌道,需要定位在高緯度提供服務的一般採用這種軌道,因為靜止軌道在高緯度角度不合適,軌道的星下點就是一個8字

3.靜止軌道:靜止衛星軌道大家應該最熟悉不過了,即衛星繞地球的速度與地球自轉角速度一致,這個位置大約在赤道上方3.6萬千米的位置!一般我們所說的同步軌道大都指的是靜止軌道。

二、同步靜止軌道位置的衛星「離心力」和其所受到的地球引力一樣大?

很明顯是一樣的,如果「離心力」大於引力,那麼其肯定還會上升軌道,直到新一個平衡點,反之則下墜,也會達到一個新的平衡點,只有兩者大小相等,方向相反才會在這個軌道上長久的運行下去!

三、如何建立一個一G的重力環境的空間站?

換靜止軌道建立一個環的難度有點大,不過好處是可以讓這個換超過靜止衛星的公轉速度運轉,一直達到「離心力」為一G的狀態,但事實上這樣似乎有些勞民傷財,比如下圖:

比如參考傳說中的戴森文明的做法,但這樣的工程似乎太大了,如果要在太空生活,而又要1個G的重力的話,不妨用環形空間站這樣會比較省事!當然如果是建環形空間站的話,在哪就問題不大了,甚至可以環繞太陽軌道也行

上圖是《極樂空間》中的巨型空間站

這幅圖是20世紀70年代美國宇航局設計的巨型環形空間站!

我們可以來計算下,比如直徑10KM的環形空間站,大約需要多大的轉速才能達到1個G的模擬重力要求!

V=221M/S即可達到1個G的模擬重力需求,那麼大約是2.37分鐘轉一圈即可達到1個G的需求,其實一般日常的話並不需要達到1G,比如0.5-0.8G就很舒適了,當然回到地面可以要適應一下,但1G無疑不需要適應,或者可以設置兩個區域,一個舒適區域生活,一個逐漸正常區域在回地球前過度!

四、環靜止軌道的空間站或者大型環形會穩定嗎?

很多人認為可能不太會穩定,畢竟這個質量太大,容易受到月球以及太陽甚至是其他行星的引力攝動,這當然必須考慮,需要在空間站上安裝發動機,需要經常調整,即使靜止軌道上的衛星也同樣需要調整!

但問題是現在的靜止衛星軌道已經擠滿了衛星,大家都為爭搶一顆衛星的位置都快大打出手了!當然不會如您想想的密密麻麻,因為衛星之間還需要有一個軌道距離,避免信號角度過小而幹擾,還需要留出安全距離,因此靜止衛星的軌道衛星數量是受到限制的,而這個區間範圍又不大,所以星滿為患啦!

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