约翰·卡马克在X上:是时候再次提起旋转电梯了
如今,以数据中心为名的太空产业化已进入公众讨论的视野,似乎正是重新探讨旋转绳梯的好时机。
即便“星舰”能够以极低的轨道重复使用成本全面实现各项设计目标,它也并非通往太空的终极低成本方案。动量交换系绳技术有望大幅降低推进剂消耗并化解诸多运营难题。
其基本原理是:在距地面数百公里的轨道上部署一根逐渐变细的长缆,并将其一端与一个足够大的配重相连,使其像车轮的一根辐条般随地球同步旋转。
火箭只需以远低于轨道速度飞抵高空,抓住旋转系绳的末端,便能被加速至更高速率,进而将载荷抛入稳定的轨道。
“猎鹰”系列的成功定点回收(包括自杀式反推着陆)以及“超重型”助推器的空中接驳,都表明大型运载火箭完全具备与基础设施精准对接的能力;而在太空中实现这一操作,通常比在地面更容易。
最具吸引力的设想在于电动力系绳:理论上,借助大量太阳能电池板,在系绳完成载荷抓取并顺势下曳一段后,可将其轨道抬升。这将带来颠覆性的变革,但其实用性迄今尚未得到 unequivocal 的验证。
即便不依赖这一机制,仅靠化学推进,该方案仍能显著提升效率。
只有真正从系绳顶端抛出的那部分载荷质量需要通过发动机点火来补足所需速度;而火箭的其余质量则会在数圈后于发射场上空自系绳底部回落时“归还”这部分能量。
由于抓取与释放均发生在远低于轨道速度的状态下,因此不存在可怕的再入热防护难题,飞行器的设计因而更加简洁、可靠。
这样一来,既可以对两级火箭进行重新优化以提高推进剂利用效率,也可以打造一种可重复使用的单级系绳火箭。尽管这种单级系绳火箭每千克载荷所需的推进剂可能仍多于“星舰”,但其运营上的优势将十分可观。
与传统火箭相比,系绳系统的确会牺牲一定的灵活性,但它的作用却如同在关键节点布局深水港一样重要。
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动量交换系绳 — 维基百科(en.wikipedia.org/wiki/Momentum_exchange_tether) en.wikipedia.org