本發(fā)明涉及航天領(lǐng)域，是一種雙線(xiàn)電力快纜系統(tǒng)，用于幫助火箭發(fā)射航天器。

背景技術(shù)：

當(dāng)前衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器的發(fā)射采用火箭來(lái)實(shí)現(xiàn)，3噸重的衛(wèi)星等進(jìn)入太空需要100-500噸的火箭?；鸺旨?jí)多，技術(shù)復(fù)雜，容易出事故，成本高昂，往往只有國(guó)家才能夠進(jìn)行航天活動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是降低火箭的加速能力要求，降低發(fā)射成本，促進(jìn)航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

雙線(xiàn)電力快纜系統(tǒng)運(yùn)行于太空，繞地球公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期小于24小時(shí)；由兩根快纜、上配重、太陽(yáng)能電池板、空間站、直線(xiàn)加速器等組成；在公轉(zhuǎn)過(guò)程中快纜垂直于地面，下端在公轉(zhuǎn)平面內(nèi)前后擺動(dòng)；平衡點(diǎn)、下端、上端處分別有用于調(diào)整軌道的離子發(fā)動(dòng)機(jī)；設(shè)地球質(zhì)量是M，引力常數(shù)是G，太空雙線(xiàn)快纜系統(tǒng)公轉(zhuǎn)的角速度是w，則地心距是處稱(chēng)為平衡點(diǎn)，快纜在平衡點(diǎn)處的截面積最大，越遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)其截面積越小，下端、上端處的截面積最?。惶?yáng)能電池板、空間站、直線(xiàn)加速器安排在平衡點(diǎn)處，太陽(yáng)能電池板通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭與空間站連接。

快纜是由高強(qiáng)度纖維制造而成，橫截面是圓形，外層有金屬層，并且利用金屬層輸送電力。

快纜每隔一定距離有一個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)用于提升、放下引導(dǎo)線(xiàn)以及提升繩；引導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度足以夠到下一個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)處；提升繩的長(zhǎng)度足以夠到下一根提升繩的卷?yè)P(yáng)機(jī)處，并且提升繩的長(zhǎng)度足以跨越數(shù)根引導(dǎo)線(xiàn)；引導(dǎo)線(xiàn)和提升繩的下端有L形支架和滑輪，引導(dǎo)線(xiàn)的滑輪扣在快纜上、沿快纜上下，提升繩滑輪扣在引導(dǎo)線(xiàn)上，沿引導(dǎo)線(xiàn)上下；卷?yè)P(yáng)機(jī)處有斷路器，以控制金屬層的電力輸送。

其中一根快纜上有用于隔離兩根快纜的橫管，橫管固定在這根快纜上，并且有拉線(xiàn)綁定在這根快纜上；橫管另外一頭有扣環(huán)扣在另外一根快纜上，并且扣環(huán)允許另外一根快纜上下自由移動(dòng)。

其中一根快纜的下端處有一個(gè)調(diào)節(jié)卷?yè)P(yáng)機(jī)，該調(diào)節(jié)卷?yè)P(yáng)機(jī)用于卷起這根快纜，使得兩根快纜的長(zhǎng)度一致。

快纜下端的下面有提升繩和相應(yīng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)；該處提升繩沒(méi)有滑輪，而是有對(duì)接火箭；對(duì)接火箭的噴口向外側(cè)傾斜; 對(duì)接火箭有線(xiàn)盤(pán)，線(xiàn)盤(pán)可以放出對(duì)接線(xiàn)，對(duì)接線(xiàn)與提升繩連接。

平衡點(diǎn)處有直線(xiàn)加速器，用于加速航天器；直線(xiàn)加速器是由加速卷?yè)P(yáng)機(jī)、牽引繩、桁架滑軌組成；航天器在桁架滑軌上由牽引繩帶動(dòng)、加速，牽引繩由加速卷?yè)P(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

快纜自下端到上端的截面積，都是連續(xù)變化的，把快纜分為數(shù)段，每段的下端的截面積等于下一段的上端的截面積；設(shè)每段的提升繩、引導(dǎo)線(xiàn)、金屬層、橫管等的總質(zhì)量除以該段的長(zhǎng)度，得出結(jié)果是該段的平均的單位長(zhǎng)度附加質(zhì)量n；設(shè)快纜材料的密度是ρ、比強(qiáng)度(也就是抗拉強(qiáng)度除以密度)是ε，平衡點(diǎn)以下的快纜的每段的上端的地心距是r、截面積是，段內(nèi)離上端的距離是x處的截面積S(x)遵守下面公式

；

平衡點(diǎn)以上的快纜，每段的下端的截面積是、地心距是R，段內(nèi)離下端的距離是y處的截面積遵守下面公式

其中Exp[ ]表示自然對(duì)數(shù)的乘方運(yùn)算。

快纜的建設(shè)辦法是：把快纜卷起，發(fā)射到平衡點(diǎn)處的太空軌道，然后利用上端的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往后方拉動(dòng)快纜上端，同時(shí)利用下端的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往前方拉動(dòng)下端，使之伸展開(kāi)來(lái)；然后利用上端的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往前上方拉動(dòng)上端，同時(shí)利用下端的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往后下方拉動(dòng)下端，直至快纜1上下垂直；然后利用下端的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)施加推力，使得下端擺動(dòng)，同樣利用上端的離子發(fā)動(dòng)機(jī)使得上端擺動(dòng)。

運(yùn)載火箭的頭部也有對(duì)接火箭；對(duì)接火箭的噴口向外側(cè)傾斜，有線(xiàn)盤(pán)，線(xiàn)盤(pán)可以放出對(duì)接線(xiàn)，對(duì)接線(xiàn)與運(yùn)載火箭連接；運(yùn)載火箭接近快纜下端提升繩下面時(shí)，兩者的對(duì)接火箭點(diǎn)火、相向運(yùn)動(dòng)、對(duì)接在一起。

應(yīng)用本技術(shù)，航天器發(fā)射時(shí)其運(yùn)載火箭只需要把航天器加速到1-4km/s就能夠順利進(jìn)入太空，能夠大大降低火箭質(zhì)量、降低成本。

附圖說(shuō)明

圖1是雙線(xiàn)電力快纜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是快纜及其金屬層的截面的示意圖。

圖3是雙線(xiàn)電力快纜系統(tǒng)繞地球公轉(zhuǎn)的示意圖。

圖4是卷?yè)P(yáng)機(jī)、提升繩、引導(dǎo)線(xiàn)、橫管、滑輪、L形支架的示意圖。

圖5是引導(dǎo)線(xiàn)、滑輪的立體示意圖。

圖6是橫管、拉線(xiàn)、扣環(huán)的示意圖。

圖7是卷?yè)P(yáng)機(jī)、斷路器、金屬層的示意圖。

圖8是快纜下端的調(diào)節(jié)卷?yè)P(yáng)機(jī)、提升繩、提升繩的卷?yè)P(yáng)機(jī)、提升繩吊起航天器的示意圖。

圖9是快纜下端的提升繩下端的對(duì)接火箭、噴口、對(duì)接線(xiàn)、線(xiàn)盤(pán)的示意圖。

圖10是運(yùn)載火箭的對(duì)接火箭、噴口、對(duì)接線(xiàn)、線(xiàn)盤(pán)的示意圖。

圖11是快纜下端的提升繩下端的對(duì)接火箭，與運(yùn)載火箭的對(duì)接火箭，相向運(yùn)動(dòng)、對(duì)接在一起的示意圖。

圖12是平衡點(diǎn)處的空間站、太陽(yáng)能電池板、旋轉(zhuǎn)接頭、桁架導(dǎo)軌、加速卷?yè)P(yáng)機(jī)的示意圖。

圖13是雙線(xiàn)電力快纜系統(tǒng)發(fā)射到平衡點(diǎn)后，利用離子發(fā)動(dòng)機(jī)拉出快纜上端、下端的示意圖。

圖14是利用離子發(fā)動(dòng)機(jī)往上拉動(dòng)上端、往下拉動(dòng)下端，然后使之?dāng)[動(dòng)的示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1，快纜。2，平衡點(diǎn)。3，下端。4，上端。5，橫管。6，拉線(xiàn)。7，空間站。8，直線(xiàn)加速器。9，太陽(yáng)能電池板。11，提升繩。12，引導(dǎo)線(xiàn)。13，扣環(huán)。14，卷?yè)P(yáng)機(jī)。15，航天器。16，上配重。17，調(diào)節(jié)卷?yè)P(yáng)機(jī)。19，滑輪。20，L形支架。21，金屬層。22，斷路器。24，加速卷?yè)P(yáng)機(jī)。25，牽引繩。26，桁架滑軌。27，旋轉(zhuǎn)接頭。29，對(duì)接火箭。30，噴口。32，運(yùn)載火箭。33，對(duì)接線(xiàn)。34，線(xiàn)盤(pán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

雙線(xiàn)電力快纜系統(tǒng)運(yùn)行于太空，繞地球公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期小于24小時(shí)；由兩根快纜1、上配重16、太陽(yáng)能電池板9、空間站7、直線(xiàn)加速器8等組成；在公轉(zhuǎn)過(guò)程中快纜1垂直于地面，下端3在公轉(zhuǎn)平面內(nèi)前后擺動(dòng)；平衡點(diǎn)2、下端3、上端4處分別有用于調(diào)整軌道的離子發(fā)動(dòng)機(jī)；設(shè)地球質(zhì)量是M，引力常數(shù)是G，太空雙線(xiàn)快纜系統(tǒng)公轉(zhuǎn)的角速度是w，則地心距是處稱(chēng)為平衡點(diǎn)2，快纜1在平衡點(diǎn)2處的截面積最大，越遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)2其截面積越小，下端3、上端4處的截面積最??；太陽(yáng)能電池板9、空間站7、直線(xiàn)加速器8安排在平衡點(diǎn)2處，太陽(yáng)能電池板9通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭27與空間站7連接。

快纜1是由高強(qiáng)度纖維制造而成，橫截面是圓形，外層有金屬層21，并且利用金屬層21輸送電力。

快纜1每隔一定距離有一個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)14，卷?yè)P(yáng)機(jī)14用于提升、放下引導(dǎo)線(xiàn)12以及提升繩11；引導(dǎo)線(xiàn)12的長(zhǎng)度足以夠到下一個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)14處；提升繩11的長(zhǎng)度足以夠到下一根提升繩11的卷?yè)P(yáng)機(jī)14處，并且提升繩11的長(zhǎng)度足以跨越數(shù)根引導(dǎo)線(xiàn)12；引導(dǎo)線(xiàn)12和提升繩11的下端有L形支架20和滑輪19，引導(dǎo)線(xiàn)12的滑輪19扣在快纜1上、沿快纜1上下，提升繩11滑輪19扣在引導(dǎo)線(xiàn)12上，沿引導(dǎo)線(xiàn)12上下；卷?yè)P(yáng)機(jī)14處有斷路器22，以控制金屬層21的電力輸送。

其中一根快纜1上有用于隔離兩根快纜1的橫管5，橫管5固定在這根快纜1上，并且有拉線(xiàn)6綁定在這根快纜1上；橫管5另外一頭有扣環(huán)13扣在另外一根快纜1上，并且扣環(huán)13允許另外一根快纜1上下自由移動(dòng)。

其中一根快纜1的下端3處有一個(gè)調(diào)節(jié)卷?yè)P(yáng)機(jī)17，該調(diào)節(jié)卷?yè)P(yáng)機(jī)17用于卷起這根快纜1，使得兩根快纜1的長(zhǎng)度一致。

快纜1下端3的下面有提升繩11和相應(yīng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)14；該處提升繩11沒(méi)有滑輪19，而是有對(duì)接火箭29；對(duì)接火箭29的噴口30向外側(cè)傾斜; 對(duì)接火箭29有線(xiàn)盤(pán)34，線(xiàn)盤(pán)34可以放出對(duì)接線(xiàn)33，對(duì)接線(xiàn)33與提升繩11連接。

平衡點(diǎn)2處有直線(xiàn)加速器8，用于加速航天器15；直線(xiàn)加速器8是由加速卷?yè)P(yáng)機(jī)24、牽引繩25、桁架滑軌26組成；航天器15在桁架滑軌26上由牽引繩25帶動(dòng)、加速，牽引繩25由加速卷?yè)P(yáng)機(jī)24驅(qū)動(dòng)。

快纜自下端3到上端4的截面積，都是連續(xù)變化的，把快纜1分為數(shù)段，每段的下端的截面積等于下一段的上端的截面積；設(shè)每段的提升繩11、引導(dǎo)線(xiàn)12、金屬層21、橫管5等的總質(zhì)量除以該段的長(zhǎng)度，得出結(jié)果是該段的平均的單位長(zhǎng)度附加質(zhì)量n；設(shè)快纜1材料的密度是ρ、比強(qiáng)度(也就是抗拉強(qiáng)度除以密度)是ε，平衡點(diǎn)2以下的快纜的每段的上端的地心距是r、截面積是，段內(nèi)離上端的距離是x處的截面積S(x)遵守下面公式

；

平衡點(diǎn)2以上的快纜，每段的下端的截面積是、地心距是R，段內(nèi)離下端的距離是y處的截面積遵守下面公式

其中Exp[ ]表示自然對(duì)數(shù)的乘方運(yùn)算。

快纜1的建設(shè)辦法是：把快纜1卷起，發(fā)射到平衡點(diǎn)2處的太空軌道，然后利用上端4的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往后方拉動(dòng)快纜1上端4，同時(shí)利用下端3的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往前方拉動(dòng)下端3，使之伸展開(kāi)來(lái)；然后利用上端4的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往前上方拉動(dòng)上端4，同時(shí)利用下端3的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往后下方拉動(dòng)下端3，直至快纜1上下垂直；然后利用下端3的離子發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)施加推力，使得下端3擺動(dòng)，同樣利用上端4的離子發(fā)動(dòng)機(jī)使得上端4擺動(dòng)。

運(yùn)載火箭32的頭部也有對(duì)接火箭29；對(duì)接火箭29的噴口30向外側(cè)傾斜，有線(xiàn)盤(pán)34，線(xiàn)盤(pán)34可以放出對(duì)接線(xiàn)33，對(duì)接線(xiàn)33與運(yùn)載火箭32連接；運(yùn)載火箭32接近快纜1下端3提升繩11下面時(shí)，兩者的對(duì)接火箭29點(diǎn)火、相向運(yùn)動(dòng)、對(duì)接在一起。

快纜1的長(zhǎng)度可達(dá)3000-20000公里，公轉(zhuǎn)周期是3-8小時(shí)，在公轉(zhuǎn)過(guò)程中下端3是前后擺動(dòng)的?？炖|1的截面積在平衡點(diǎn)處是數(shù)平方厘米，在下端3和上端4是數(shù)平方毫米，重量可達(dá)數(shù)十噸到三百?lài)?。兩根快纜1的間距 也就是橫管5的長(zhǎng)度是10-30厘米。每隔數(shù)米就有一根橫管5，是空心細(xì)管,外徑是1毫米左右，使用輕質(zhì)絕緣材料。地心距是處，地球引力與公轉(zhuǎn)離心力抵消，此處稱(chēng)為平衡點(diǎn)2。

快纜1的截面積，自平衡點(diǎn)2到上端4、下端3，都是連續(xù)變化的，一般地是先估算好平衡點(diǎn)2處的截面積，再按照上述公式，分段依次循環(huán)推算上端4、下端3的截面積?？炖|1、提升繩11、引導(dǎo)線(xiàn)12都是使用輕質(zhì)高強(qiáng)度纖維制成?？郗h(huán)13允許所扣的快纜1上下自由移動(dòng)，而不是扣緊這根快纜1。

金屬層21的厚度是0.05-0.2毫米，一般是由鋁、銀、銅等金屬材料制成，以保護(hù)快纜1、避免太陽(yáng)光照射，同時(shí)輸送電力，輸送電壓可達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏，輸送功率可達(dá)100千瓦以上。

引導(dǎo)線(xiàn)12的截面積是0.1平方毫米的量級(jí)，長(zhǎng)度是30-70公里，其卷?yè)P(yáng)機(jī)14的功率是數(shù)百瓦到數(shù)千瓦。提升繩11的作用是吊著航天器15上下運(yùn)動(dòng)，其截面積是數(shù)平方毫米，長(zhǎng)度是200-400公里，能夠跨越數(shù)根引導(dǎo)線(xiàn)12，其卷?yè)P(yáng)機(jī)14的功率是數(shù)十千瓦以上。提升繩11上下移動(dòng)時(shí)，下端的滑輪19扣在引導(dǎo)線(xiàn)12上，以免提升繩11上的航天器15偏離快纜1。引導(dǎo)線(xiàn)12到了下一個(gè)卷?yè)P(yáng)機(jī)14處后，將被固定在該卷?yè)P(yáng)機(jī)14處?；?9的直徑為幾厘米。

平衡點(diǎn)2處的太陽(yáng)能帆板9的供電功率可達(dá)600-3000千瓦，并且有超級(jí)電容電池，以?xún)?chǔ)存電力。旋轉(zhuǎn)接頭33可以使得太陽(yáng)能帆板9始終正對(duì)太陽(yáng)、獲得更多電力。離子發(fā)動(dòng)機(jī)，是航天中的一種利用電力加速離子、形成噴射流，從而獲得推力的發(fā)動(dòng)機(jī)，平衡點(diǎn)2、下端3、上端4的離子發(fā)動(dòng)機(jī)功率可達(dá)50千瓦以上，推力可達(dá)30牛頓以上。

快纜1下端3的提升繩11的對(duì)接火箭29，與運(yùn)載火箭32的對(duì)接火箭29，相向運(yùn)動(dòng)、加速，對(duì)接在一起。兩個(gè)對(duì)接火箭29的對(duì)接線(xiàn)33長(zhǎng)數(shù)十米到數(shù)百米，分別連接快纜1下端3的提升繩11和運(yùn)載火箭32。通過(guò)這種辦法，運(yùn)載火箭32內(nèi)的航天器15被轉(zhuǎn)移到快纜1下端3的提升繩11，由提升繩11逐級(jí)往上提升。噴口30向外側(cè)傾斜，以免火箭尾焰燒傷對(duì)接線(xiàn)33。

在繞地球公轉(zhuǎn)過(guò)程中，快纜1的下端3前后擺動(dòng)，但是快纜1主體上還是垂直于地面。

通過(guò)上述雙線(xiàn)電力快纜系統(tǒng)，航天發(fā)射成本得以大幅降低，能夠極大促進(jìn)航天事業(yè)發(fā)展。