CN104527651A - 三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置，其包括索道固定基站、地面站、一级站、二级站、空间站、气阻缓冲索、垂直交通索道、交通索道、热气球、交通车和平衡垂索，其特征是于地球中纬度、高原、气象条件稳定区建造索道固定基站和地面站，对流层顶、湍流层顶和临界高度分别设置一级站、二级站和空间站。由气阻缓冲索稳固一级站，由垂直交通索道和交通索道完成地天对接，由热气球和交通车三级接力完成地面站至空间站的交通运输任务，本发明与现有技术相比，地面选址宽泛，以不同升空方式应对不同空间环境、节能环保、安全可靠、建设使用成本低廉，实施可行性高，因而本发明具有很好的研发开拓前景。

Description

三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置

一、技术领域：

本发明公开一种三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置，属于空间技术。

二、背景技术

架设天梯上天，摘星揽月是人类几千年来的共同梦想，近现代的文学工作者和科技人员更创造着各种各样的天梯幻想。但是，由于地球是一个沿固定轨道绕太阳公转，又以稳定速度自转，表面覆盖着随高度递减密度气体的、具有巨大质量的球体，由此形成的引力、离心力和空气阻力，将人类牢牢禁固于地表。伴随现代科学技术的进步，人类发明的并发展着的飞机，及其他飞行装置，使人类离开地表，翱翔于地球大气层内，人类发明并发展着的火箭技术，帮助人类突破大气层的阻力和地心引力、进入了太空。但这一切都须付出全人类的最高智慧和巨大物质代价。其通过天梯更便捷登天的愿望还依旧是遥远的梦。近期出现了将天梯设置于地球极点和赤道海域的具体化主张，将人类建设索道天梯的梦想推进到了可行性的研讨阶段。

三、发明内容

本发明的目的是针对人类梦想和幻想通过天梯进入太空的愿望和设想，提供一种分别突破地球引力和大气阻力、平衡地球引力和离心力、平衡地球引力和公转分力的三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置，其包括索道固定基站、地面站、一级站、二级站、空间站、气阻缓冲索、垂直交通索道、交通索道、热气球和交通车，其特征是于地球中纬度、高原、气象条件稳定和远离航空航线的地区建设索道固定基站，于对流层顶设置一级站，湍流层顶设置二级站，临界高度设置空间站，由索道固定基站引出的气阻缓冲索连接并固定一级站，由交通索道串联并固定二级站和空间站，于一级站垂直投影点建设地面站并设垂直交通索道联通，将一级站、二级站和空间站固定于地面站上空、保持与地球自转同步运转，二级站与空间站上设置太阳能发电装置，由热气球沿垂直交通索道承担地面站与一级站间的交通运输任务，由交通车利用太阳能电力沿交通索道分别承担一级站至二级站、二级站至空间站间的交通运输任务，由空间站向深空设平衡垂索，在平衡垂索末端设置平衡垂或太空站。

在所述的一级站与二级站之间不设置二级站。

将所述的垂直交通索道和交通索道设置为并行复线，热气球和交通车设置多套、单向循环运行。

本发明的三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置与现有概念性、理论性设想技术相比，具有结构简单、应用技术成熟、安全可靠性高、节能环保、成本低廉等特点，同时还具有以下显著优点：

1、将索道天梯设置于地球中纬度地区，与传统观念中将索道天梯设置于两级地区和赤道海域的方案相比，具有以下明显的优势和问题：首先是以人类目前的技术水平和装备水平，到达和撤离极地都是极其困难的重大行动，很难想象大规模建设和频繁使用索道天梯、于赤道海域建设除存在以上问题外，还存在地面基站的固定问题和应对频繁发生的气象灾害问题。于中纬度地区建造和使用索道天梯则不存在或较少存在此类问题。第二，两极地区为地球的自转轴区，很难借用地球自转产生的离心力稳定一级站、二级站及空间站在悬空空间的固定位置。第三，在中纬度地区建设索道天梯，与在赤道海域地区建设索道天梯同样难以避免近地面段索道因地球自转而产生的大气层相对运动的高速风阻，至大气层内索道发生反抛物线倾斜。本方案通过索道固定基站和气阻缓冲索的设置能够克服这一问题的影响，将索道天梯设置于极地、赤道海域和中纬度，叁者相比，于中纬度建设索道天梯利大于弊，可行性更高。

2、索道天梯的建设地点选择在中纬度地区，而不是赤道附近，主要是利用地球自转轴与公转轨道的偏角，更易使处湍流层顶的二级站处于白昼区，便于二级站设置的太阳能装置提供不间断电能供给。

3、将索道天梯设置于允许健康人自由活动的高原地区，可缩短天梯的索道长度，特别是缩短存在强大气阻作用的对流层内的垂直距离，这一点将显著优于将索道天梯建设于赤道海域地区。

4、于对流层顶设置一级站，并于一级站将固定索道天梯的气阻缓冲索和用于通行的垂直交通索道分离，一是可以减轻承受最大拉力的气阻缓冲索负担，二是可有效缩短从地面站到一级站的通行距离。

5、将一级站设置于对流层顶，其目的是对流层顶为热气球可安全到达的高度。由热气球承担地面站到一级站的交通运输任务，使受地球引力和空气阻力最大、爬升最困难、受气象条件影响最严重，耗损能量最多的对流层段，变为安全可靠、可空中悬停、不受或较少受窗口期影响，耗能甚微的热气球方式完成，其技术含量低，安全可靠度高，升空时机选择性大、可有效避让灾害性气象变化、节能环保效果好、成本超低廉。

6、于准太空或亚太空区域的湍流层顶设置二级站，可承担太空旅游、体验、观光及部分非严格太空意义的试验和工作，以减轻更大力臂空间站的负担，减少整个天梯系统的受力力度。

7、由一级站至二级站的均质层交通车、由二级站至空间站的空间交通车的运转动力、完全依赖太阳能供给实现，使索道天梯的整体运营成本低廉，且高度环保。

8、于临界高度设置空间站，使空间站处于相对绝对的太空环境，可承担严格意义的各种空间试验和其他各种工作。更可以此为基地平台，进行和发射更多的空间设施和深空探索设施，部分或大部替代代价高昂的火箭发射方式。

9、通过三级接力索道天梯完成地天对接，其过程须经热气球、交通车的缓慢升空过程和热气球吊舱与一级站、一级站与均质层交通车、均质层交通车与二级站、二级站与空间交通车、空间交通车与空间站的多次对接过程，虽耗时费力，但在无需损耗地球资源，非紧急空间任务情况下，概系统完全能够承受这种时间和动能的耗损，而且其过程更易受人的意向控制。

10、索道天梯的一级站、二级站和空间站承载量大、建设规模易控、可附设更多设施和功能，特别是可附设具有国家安全意义的永久性和应急性功能的设置，于保证国家安全具有更宽广的特殊意义。

四、附图说明

图1为三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置的平面示意图。

图中，1地面、2对流层顶、3湍流层顶、4临界高度、5索道、6地面站、7一级站、8二级站、9空间站、10气阻缓冲索、11垂直交通索道、12交通索道、13热气球、14交通车、15平衡垂索。

五、具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置作以下进一步详细说明：

如图1所示：本发明的三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置包括索道固定基站5、地面站6、一级站7、二级站8、空间站9、气阻缓冲索10、垂直交通索道11、交通索道12、热气球13、交通车14和平衡垂索15。于地球南北纬50-60度范围内，在气象条件稳定和远离航空航线的高原地区地面1，选择便于修建交通通道的位置建设索道固定基站5和地面站6，索道固定基站5可建造于更高的高原山顶，地面站6建于山前平坦区域，用飞艇或气球悬吊安置一级站7于海拔20Km左右的对流层顶2高度，并架设气阻缓冲索10和垂直交通索道11，垂直交通索道11的地面站6端设置阻尼装置，以应对气象变化对气阻缓冲索10影响产生的牵拉变量和高度变量，保持一级站7空间位置的相对稳定性和平稳性。用同步低轨运载工具设置二级站8的初始规模壳体、于100-120Km的湍流层顶3处，并释放交通索道12至一级站7实现连接沟通，调整气阻缓冲索10拉力及垂直交通索道11长度使一级站7悬吊空间稳定状态。应用热气球13向一级站7运送一级站7到二级站8的均质层交通车14并安装，通过热气球13和均质层交通车14接力运送装备物资，扩大完善二级站8至功能状态，通过中轨同步运载工具或二级站8发送，设置空间站9至500Km左右的临界高度4、并释放设置交通索道12与二级站8联接沟通。通过热气球13沿垂直交通索道11，均质层交通车14顺均质层交通索道12，空间交通车14顺空间交通索道12运送物资，扩大和完善空间站9至功能状态，实现三级接力索道天梯完成地天对接。于空间站向深空设置平衡垂索，末端设置平衡垂或太空站替代平衡垂。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (3)

1.一种三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置，其包括索道固定基站、地面站、一级站、二级站、空间站、气阻缓冲索、垂直交通索道、交通索道、热气球和交通车，其特征是于地球中纬度、高原、气象条件稳定和远离航空航线的地区建设索道固定基站，于对流层顶设置一级站，湍流层顶设置二级站，临界高度设置空间站，由索道固定基站引出的气阻缓冲索连接并固定一级站，由交通索道串联并固定二级站和空间站，于一级站垂直投影点建设地面站并设垂直交通索道联通，将一级站、二级站和空间站固定于地面站上空、保持与地球自转同步运转，二级站与空间站上设置太阳能发电装置，由热气球沿垂直交通索道承担地面站与一级站间的交通运输任务，由交通车利用太阳能电力沿交通索道分别承担一级站至二级站、二级站至空间站间的交通运输任务，由空间站向深空设平衡垂索，在平衡垂索末端设置平衡垂或太空站。

2.根据权利要求1所述的三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置，其特征是在一级站与空间站间不设置二级站。

3.根据权利要求1所述的三级接力索道天梯完成地天对接的垂直交通装置，其特征是垂直交通索道和交通索道设置为并行复线，热气球和交通车设置多套、单向循环运行。