一种快缆系统技术方案

本发明专利技术公开了一种快缆系统，描述了系统结构。快缆系统是一种运行于太空的航天系统，由上缆、下缆、空间站、光能帆板、提升舱、顶部转缆系统等组成。航天器由火箭发射，飞到下缆底端的提升绳下端处，航天器转移到下缆底端。然后航天器由提升绳吊着运输，或者由提升绳逐级提升。快缆的公转周期小于24小时，相比太空电梯而言质量很小，成本较低，具有很强的可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天领域，涉及一种快缆系统。
技术介绍
当前卫星、宇宙飞船等航天器的发射采用火箭来实现，3吨重的卫星等进入太空需要100-300吨的火箭。火箭分级多，技术复杂，容易出事故，成本高昂，往往只有大国能够承受。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快缆系统，是运行于太空的，由空间站、上缆、下缆、转缆系统等组成。上缆、下缆垂直于地面，绕地球公转，公转周期小于24小时。利用这种系统，航天器经过火箭发射到达下缆底端后，航天器吊挂于下缆底端，或者航天器被转移到下缆，并被逐级提升。快缆系统运行于太空中，绕地球转动，其公转速度小于24小时；由下缆、上缆、空间站、上缆顶部的转缆系统、多个提升舱组成;在公转过程中下缆、上缆垂直于地面；下缆、上缆的截面积都是圆形，表面有保护层；下缆底端在海拔80千米以上；设地球质量是M，引力常数是G，快缆系统绕地球公转的角速度是w，则地心距是处的地球引力与离心力抵消，此处称为平衡点，下缆、上缆在平衡点处对接，并且都是靠近平衡点处的截面积大、远离平衡点处的截面积小；空间站也在平衡点处。设下缆底端为了吊挂航天器、提升舱等需要的最小截面积是S0，下缆底端距地心距离是R，设在下缆里离下缆底端的距离是x处的下缆的截面积是S(x)，设下缆、上缆的密度是ρ、比强度(也就是抗拉强度除以密度ρ)是ε，保护层的厚度是d、密度是q，S(x)由下面式子确定：其中；EXP[]表示自然对数的乘方运算；如果下缆某一点需要增加额外的质量，则在这一点需要重新计算下缆的最小截面积，并以该点的最小截面积、地心距离重新计算。上缆分为两根缆绳，每一根上缆的上缆底端的截面积A0是下缆在平衡点处的截面积的一半；设上缆底端的地心距离是R2，R2=，在上缆里离上缆底端的距离是y处的每根上缆的截面积是A(y)，A(y)由下式确定其中；如果上缆在某一点需要增加额外的质量，则在这一点需要重新计算上缆的最小截面积，并以该点的最小截面积、地心距离重新计算。上缆的顶端处安装有转缆系统，转缆系统是由轴、转动环、驱动臂、四根主缆、配重组成；主缆是由高强度纤维材料制作而成，主缆、转动环绕轴转动。转缆系统里设轴的地心距是Rz，航天器绕轴自转的角速度的目标值是，主缆的长度是L、比强度是，设z是主缆上的位置，z=0是主缆末端，x=L是转动环处，x=0处每根主缆的截面积是D0，每根主缆的截面积D(z)符合下面公式下缆、上缆安装有提升舱，提升舱是由太阳能帆板、减速器、绞车、电动机、提升绳组成；上一个提升舱的提升绳的长度足以下垂到下一个提升舱处。设提升绳底端需要的最小截面积是F0，提升绳底端距地心距离是R3，设在提升绳里离提升绳底端的距离是v处的截面积是F(v)，比强度是，提升绳的截面积需要符合下面函数：提升绳底端有滑车，滑车由支架、滑轮及其弹簧组成；滑轮扣住下缆或上缆，并绑定航天器。下缆底端、空间站处、上缆顶端都安装有离子发动机；快缆系统的建设办法是：先把快缆系统的所有部件运送到平衡点所在的圆周轨道上，然后利用上缆顶部的离子发动机往上拉动上缆并使上缆公转线速度增加，利用下缆底端的离子发动机往下拉动下缆并使下缆公转线速度减少，直至下缆、上缆伸直。应用快缆系统，能够大大降低航天成本，促进航天事业的发展，使得航天称为一个商业活动。附图说明图1是快缆系统的前视图。图2是上缆、下缆的截面、保护层的示意图。图3是转缆系统的示意图。图4是提升舱的示意图。图5是提升绳下端的滑轮、电动机的示意图。图6是提升绳下端的滑轮的示意图。图7是快缆系统绕地球公转的示意图。1，下缆。2，上缆。3，空间站。4，太阳能帆板。5，减速器。6，绞车。7，电动机。8，提升绳。9，提升舱。10，航天器。11，转缆系统。12，轴。13，转动环。14，驱动臂。15，主缆。16，上缆或下缆的截面。17，保护层。18，下缆底端。19，上缆底端。20，配重。22，滑轮。23，支架。24，弹簧。25,桁架。26，滑车。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。快缆系统运行于太空中，绕地球转动，其公转速度小于24小时；由下缆1、上缆2、空间站3、上缆2顶部的转缆系统11、多个提升舱9组成;在公转过程中下缆1、上缆2垂直于地面；下缆1、上缆2的截面积都是圆形，表面有保护层17；下缆底端18在海拔80千米以上；设地球质量是M，引力常数是G，快缆系统绕地球公转的角速度是w，则地心距是处的地球引力与离心力抵消，此处称为平衡点，下缆1、上缆2在平衡点处对接，并且都是靠近平衡点处的截面积大、远离平衡点处的截面积小；空间站3也在平衡点处。设下缆底端18为了吊挂航天器10、提升舱9等需要的最小截面积是S0，下缆底端18距地心距离是R，设在下缆1里离下缆底端18的距离是x处的下缆1的截面积是S(x)，设下缆1、上缆2的密度是ρ、比强度(也就是抗拉强度除以密度ρ)是ε，保护层17的厚度是d、密度是q，S(x)由下面式子确定：其中；EXP[]表示自然对数的乘方运算；如果下缆1某一点需要增加额外的质量，则在这一点需要重新计算下缆1的最小截面积，并以该点的最小截面积、地心距离重新计算。上缆2分为两根缆绳，每一根上缆2的上缆底端19的截面积A0是下缆1在平衡点处的截面积的一半；设上缆底端19的地心距离是R2，R2=，在上缆2里离上缆底端19的距离是y处的每根上缆的截面积是A(y)，A(y)由下式确定其中；如果上缆2在某一点需要增加额外的质量，则在这一点需要重新计算上缆2的最小截面积，并以该点的最小截面积、地心距离重新计算。上缆2的顶端处安装有转缆系统11，转缆系统11是由轴12、转动环13、驱动臂14、四根主缆15、配重20组成；主缆15是由高强度纤维材料制作而成，主缆15、转动环13绕轴12转动。转缆系统11里设轴12的地心距是Rz，航天器10绕轴12自转的角速度的目标值是，主缆15的长度是L、比强度是，设z是主缆15上的位置，z=0是主缆15末端，x=L是转动环13处，x=0处每根主缆15的截面积是D0，每根主缆15的截面积D(z)符合下面公式下缆1、上缆2安装有提升舱9，提升舱9是由太阳能帆板4、减速器5、绞车6、电动机7、提升绳8组成；上一个提升舱9的提升绳8的长度足以下垂到下一个提升舱9处。设提升绳8底端需要的最小截面积是F0，提升绳8底端距地心距离是R3，设在提升绳8里离提升绳8底端的距离是v处的截面积是F(v)，比强度是，提升绳8的截面积需要符合下面函数：提升绳8底端有滑车26，滑车26由支架23、滑轮22及其弹簧24组成；滑轮22扣住下缆1或上缆2，并绑定航天器10。下缆底端18、空间站3处、上缆2顶端都安装有离子发动机；快缆系统的建设办法是：先把快缆系统的所有部件运送到平衡点所在的圆周轨道上，然后利用上缆2顶部的离子发动机往上拉动上缆2并使上缆2公转线速度增加，利用下缆底端18的离子发动机往下拉动下缆1并使下缆1公转线速度减少，直至下缆1、上缆2伸直。快缆系统绕地球转动，绕地球公转的周期是2-10小时，公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快缆系统，其特征在于：快缆系统运行于太空中，绕地球转动，其公转速度小于24小时；由下缆（1）、上缆（2）、空间站（3）、上缆（2）顶部的转缆系统（11）、多个提升舱（9）组成;在公转过程中下缆（1）、上缆（2）垂直于地面；下缆（1）、上缆（2）的截面积都是圆形，表面有保护层（17）；下缆底端（18）在海拔80千米以上；设地球质量是M，引力常数是G，快缆系统绕地球公转的角速度是w，则地心距是处的地球引力与离心力抵消，此处称为平衡点，下缆（1）、上缆（2）在平衡点处对接，并且都是靠近平衡点处的截面积大、远离平衡点处的截面积小；空间站（3）也在平衡点处。

【技术特征摘要】
1.一种快缆系统，其特征在于：快缆系统运行于太空中，绕地球转动，其公转速度小于24小时；由下缆（1）、上缆（2）、空间站（3）、上缆（2）顶部的转缆系统（11）、多个提升舱（9）组成;在公转过程中下缆（1）、上缆（2）垂直于地面；下缆（1）、上缆（2）的截面积都是圆形，表面有保护层（17）；下缆底端（18）在海拔80千米以上；设地球质量是M，引力常数是G，快缆系统绕地球公转的角速度是w，则地心距是处的地球引力与离心力抵消，此处称为平衡点，下缆（1）、上缆（2）在平衡点处对接，并且都是靠近平衡点处的截面积大、远离平衡点处的截面积小；空间站（3）也在平衡点处。2.权利要求1所述的快缆系统，其特征在于：设下缆底端（18）为了吊挂航天器（10）、提升舱（9）等需要的最小截面积是S0，下缆底端（18）距地心距离是R，设在下缆（1）里离下缆底端（18）的距离是x处的下缆（1）的截面积是S(x)，设下缆（1）、上缆（2）的密度是ρ、比强度(也就是抗拉强度除以密度ρ)是ε，保护层（17）的厚度是d、密度是q，S(x)由下面式子确定：其中；EXP[]表示自然对数的乘方运算；如果下缆（1）某一点需要增加额外的质量，则在这一点需要重新计算下缆（1）的最小截面积，并以该点的最小截面积、地心距离重新计算。3.权利要求1所述的快缆系统，其特征在于：上缆（2）分为两根缆绳，每一根上缆（2）的上缆底端（19）的截面积A0是下缆（1）在平衡点处的截面积的一半；设上缆底端（19）的地心距离是R2，R2=，在上缆（2）里离上缆底端（19）的距离是y处的每根上缆的截面积是A(y)，A(y)由下式确定其中；如果上缆（2）在某一点需要增加额外的质量，则在这一点需要重新计算上缆（2）的最小截面积，并以该点的最小截面积、地心距离重新计算。4.权利要求1所述的快缆系统，其特征在于：上缆（2）的顶端处安装有转缆系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，
申请(专利权)人：张明，
类型：发明
国别省市：广东;44