临近空间飞艇与太空电梯

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临近空间飞艇在军事方面有哪些用途?
图注:中国研制的60吨级重载飞艇
飞艇是比飞机还要古老的飞行器,飞机之前,人类空中旅行用的是飞艇,像早期风靡世界的齐柏林号飞艇、兴登堡号飞艇。后来飞机迅速发展,飞艇好象是没落了。可是飞艇并没有消亡,得益于高新技术的发展,飞艇又重新得到关注。
洲际弹道导弹以超远的射程、威力强大的弹头、精确的命中精度以及多弹头分导的巨大威力,成为对国家的重大威胁。反导、提前摧毁来袭的远程弹道导弹成为国防技术发展的动力。要反导就要首先提前发现。作为远程探测的重要手段雷达,距离地面越高则预警探测距离也越大。雷达探测范围受地球曲率影响。将雷达装置在飞机上就可以提高雷达位置高度。于是出现了预警机。但是预警机携带燃油有限,留空时间有限。
有没有其它替代?人们想到了古老的飞艇。飞机依靠运动、通过空气动力学的原理产生升力,维持飞机留在天空飞翔。飞艇则不然,飞艇通过静力学原理,依靠浮力气体与空气密度不同而产生的浮力维持飞艇停留在空中,而且在静止的空气中,飞艇不消耗动力也容易维持飞艇静止悬浮,尤其适合长时间留空值守。于是,近几年高空飞艇又重新获得了各国军方的重视,主要作用就是作为反导侦查与通讯的基地。民用工业经常使用国防开支获得的先进技术。地面起伏不平、山川阻隔,目前广泛使用的移动通信不得不设置数不过来的一个个基站,发射塔。一个在20公里高空定点长期驻留的高空飞艇,如果配上足够强大的通讯设施,可以覆盖直径达到1400公里的广大地区,移动通信产业求之不得。正是军用、民用,国家安全和用户方便着两方面的巨大需求,呼唤无人驾驶长期驻留的高空飞艇迅速发展。
维持太空电梯缆索伸直的是太空电梯位于同步轨道的空间站和高轨道的配重物跟随地球自转所产生的离心力维持的。而太空电梯的整体轴线应该指向地心。为了使轴线保持垂直,并为缆索提供持续的拉力,太空电梯的投影应该在赤道上。综上太空电梯地面站选址也应该在赤道。选址的气候应该满足:常年风力低于2级,无积雨云等可产生雷暴的云层聚集,远离各种气压带和季风环流。除了气候,考虑到缆索断裂的极端情况,地面站应该远离人类聚居地。且该地区的地壳应较为稳定,质地坚硬以便固定缆索,远离地震。不少资料认为,位于日界线以东,美洲大陆以西的赤道就是比较合适的选址地面站要提供轴向拉力用于固定和维持长达36000KM(甚至更长直到配重物)的缆索,缆索埋线深度有很高要求。同时地面站还参于分担应力和摆动(轿厢的切向加速度产生),地面站还需要更高的高度的塔结构来使缆索保持竖直。”“但配重物位于同步轨道站的远地侧的轴线上,主要用于维持从地面到同步轨道站之间36000KM长缆索的伸直形态。其必要性在于,如果没有配重物,则必须使用缆索伸长来提供拉力,电梯总长度将会达到100,000KM以上。而过高的电梯,月球的摄动则不能忽略,而且增加了被空间物体撞击的几率,同时建设难度也过高。”
相比于地球上的高层建筑来说,太空电梯的长细比极大。目前最高的建筑哈里发塔,它的长细比约在
10:1。而太空电梯,其长细比达到可能10000量级。目前已经有人选用了一种高强度、高耐热性的复合纤维作为太空电梯的缆索可用于月球实验——PBO,又称柴隆纤维。它是美国在80年代生产用于航空航天的复合材料。然而柴隆纤维的断裂长度只有384公里,仅仅为最低目标长度的1/100。同步轨道高3.6万公里,百倍于国际空间站高度,三倍于地球直径。不考虑技术难度,先估算一下工程量。假设缆绳一米一吨,不算配重也不算施工设备,光是绳子就有3600万吨重。相当于360艘10万吨的福特级航母,要建造太空电梯,人类必须把这些载荷发射到太空。而且这些质量相当一部分(至少3/2)又要运输到高达数万公里的同步轨道上。如果按设想中能够建造太空电梯的技术条件下,人类都已经能将最少数以千万吨质量的载荷运送到数万公里高度的地球同步轨道上,那为何还要修太空电梯呢?