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飞轮空间站固定在小行星上面用于储能和发射飞船

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最近阅读飞轮电池的论文,飞轮电池储能密度达到200Wh/Kg,技术已经成熟。
最近阅读近地小行星的论文,截止至2017年5月1日,观测到的近地小行星数量为19650颗,其中金属小行星占5%左右,数量大约650个左右。成分为88%铁,10%镍。分布在地球和火星轨道之间。
最近阅读冶金方面的论文,9%的镍钢用于制造LNG船,强度为700Mpa。
在金属小行星上面就地融化金属焊接建造大型的飞轮空间站,类似斯坦福环。9%镍钢建造,边缘线速度可以达到666m/s。已经用ANSYS软件模拟过了。这样子每千克储能40Wh左右。
建造半径5KM的飞轮空间站。总共可以储能8*10E12J.这部分能量可以用核电站或者从太阳能中获得。
飞轮旋转轴固定在小行星上面,不但可以发射飞船。而且可以安装大量普通发电机,通过和小行星的角动量交换。实现极大功率输出,可以提供给电磁弹射器足够的功率。
这整个设计已经比较完美了。


1楼2018-08-09 12:39回复
    飞轮的转动轴是固定在小行星上的,一方面用电机增加飞轮转速,一方面利用飞轮转速给发电机发电输出大功率。一方面利用飞轮线速度发射和停靠飞船。大功率输出可以用电磁炮发射高速小载荷。这种盗取小行星自转和公转能量的方法。可以极大降低运输成本,减少推进剂消耗,扩大运输规模。


    2楼2018-08-09 12:40
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      每次飞船发射加速都会让小行星自转慢一点点,公转轨道半径也损失一点点。发射窗口有轻微变动,对于飞船发射接收影响极小。飞轮空间站只是节省燃料,火箭的微调还是必须的


      3楼2018-08-09 12:40
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        1.0到1.5单位之间小行星上建造多个飞轮空间站,可以让飞船从地球同步轨道到火卫二基本不消耗燃料。空间站数量越多,发射窗口就越多。由于需要等窗口,利用的都是霍曼转移轨道,速度会比较慢,适合大批量货运


        4楼2018-08-09 12:40
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          火卫一的轨道速度是1.35km/s,火卫二轨道速度是2.14km/s。意味着火卫一和火卫二分别建立一个飞轮空间站,那么不但可以极大减少地球飞船减速进入火星需要的燃料。从火星升空的火箭也可以极大减少燃料的消耗。两个卫星也可以任意投送接收任意量的物资。


          5楼2018-08-09 12:41
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            在太空工业化达到一定程度的时候,比如50年之后,马斯克的火星殖民计划有一定进展的时候。这样一个可以住人,加速减速飞船,给大功率设备储能的空间站还是有实现可能的。


            7楼2018-08-09 12:46
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              加速的原理就不说了,很好理解。减速是因为公转轨道内侧那一面脱离的话,飞船速度会变成小行星公转速度-500m/s


              8楼2018-08-09 12:48
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                同时比小行星慢500m/s的飞船,可以被小行星“追上”,在对接成功以后从最外侧脱离就变成了比小行星快500m/s。


                9楼2018-08-09 12:50
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                  同时比小行星快500m/s的飞船,可以追上”小行星“,在对接成功以后从最内侧脱离就变成了比小行星慢500m/s。


                  10楼2018-08-09 12:51
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                    这个想法最初是坎巴拉太空计划吧的@日影灼灼提到的,我做了进一步的完善


                    11楼2018-08-09 12:53
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                      还有一个更垃圾的方案,最初我高中计算科幻里边太空电梯可行性的时候发现这东西是不可行的。但是一端指向地球,一端指向月球的垂直于卫星公转轨道的绳子状态是稳定的。绳子围绕地球公转,绳子的质心处公转速度和和质心位置地球轨道速度一致。由于绳子的每一个点的角速度一致,v=wr。
                      质心内侧绳子离心力小于地球引力,受到向内的拉力。质心外侧绳子离心力大于地球引力。受到向外的拉力。这样绳子会自动绷紧。绳子长到一定程度就会被拉断。700Mpa合金钢大约可以做2000千米长。
                      本来越高的轨道的轨道速度就越小。但是躺在黄道面指向地球的2000千米长的钢铁结构,因为v=wr,远离地球那一侧比靠近地球那一侧速度大的多。这样分段的太空电梯确实可以节省大部分变轨所需的推进剂。
                      总结起来是这样的,一步登天是不可能的,但如果有多个小行星做平衡锤,分段的太空电梯还是可行的。火星上两个卫星做两段太空电梯,不是连在一起的还是可能的。这个分段的太空电梯设计比动量轮糟糕多了。工程量也更大。


                      来自手机贴吧15楼2018-08-11 10:09
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                        F=m*v*v/R
                        F=P*S
                        m=ρ*R*S
                        推导出v=√(P/ρ)
                        代入P=2Gpa,ρ=1000kg/m³。
                        得v=1.414km/s。


                        来自手机贴吧17楼2018-08-11 12:57
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                          今天发现美国福特号航母的电磁弹射器用的就是飞轮储能,下文引用自百度百科 电磁弹射器


                          来自手机贴吧18楼2018-08-11 15:21
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                            从电磁线圈炮的发展历史来看,阻碍电磁弹射器的现实化并不是线性电机本身,而是强大而稳定的瞬发能源。美国航母上采用20世纪90年NASA为电磁炮、激光武器发展的惯性储能装置研制而来的盘式交流发电机。新设计的盘式交流发电机重约8.7吨,如果不算附加的安全壳体设备,其重量只有6.9吨。盘式交流发电机的转子绕水平轴旋转,重约5177千克,使用镍铬铁的铸件经热处理而成,上面用镍镉钛合金箍固定2对扇形轴心磁场的钕铁硼永磁体。镍镉钛合金箍具有很大的弹性预应力,可确保固定高速旋转中的磁体。转子旋转速度为6400转/分,一个转子可存储121兆焦的能量,储能密度比蒸汽弹射器的储气罐高一倍多。一部弹射器由4台盘式交流发电机供电,安装时一般采用成对布置,转子反向旋转,可减少因高速旋转飞轮带来的陀螺效应和单项扭矩。弹射一次仅使用每台发电机所储备能量的22.5%,飞轮转盘的转动速度从6400转/分下降到5200转/分,能量消耗可以在弹射循环的45秒间歇中从主动力输出中获得补充。四蓄能发电机结构允许弹射器在其中一台发电机没有工作的情况下正常使用。由于航母装备4部弹射器,每两部弹射器的动力组会安装到一起,集中管理并允许其动力交联,因而出现6台以上发动机故障而影响弹射的事故每300年才会重复一次。盘式交流发电机采用双定子设计,分别处于盘的两侧,每一个定子由280个线圈绕组的放射性槽构成,槽间是支撑结构和液体冷却板。采用双定子结构,每台发电机的输出电源是6相的,最大输出电压1700伏,峰值电流高达6400安,输出的匹配载荷为8.16万千瓦,输出为2133~1735赫兹的变频交流电。盘式储能交流发电机的设计效率为89.3%,这已经通过缩比模型进行了验证,也就是说每一次弹射将会有127千瓦的能量以热量形式消耗掉。发电机定子线圈的电阻仅有8.6毫欧,这么大的功率会迅速将定子线圈加温数百度,所以设计了定子强制冷却。冷却板布置在定子的外侧,铸铝板上安装不锈钢管,内充WEG混和液,采用流量为151升/分的泵强制散热。根据1/2模型测试可知,上述设计可以保证45秒循环内铜芯温度稳定在84℃,冷却板表面温度61℃。


                            来自手机贴吧19楼2018-08-11 15:21
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                              这样的空间站集群等于把地球和火星之间的超长旅程程变成由单个霍曼转移轨道分割成多个更短的霍曼转移轨道。并且每个霍曼转移轨道的能量由空间站的飞轮的线速度来提供,能量盗取自小行星本身。空间站数量越多,等待发射窗口的时间就越短。


                              来自手机贴吧22楼2018-08-11 23:49
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