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航天事业有待完善“发展的序列”

  • 火星人blog
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  • 2017-11-23 11:00:20

  由于众所周知的历史纠葛,人类的航天事业发起于“非纯粹的科学探索”,有待完善的领域不少。如:

  1、航天员的体能与心理素质要求,远远超出了通常的水平;使得航天员的选拔,有所局限。

  而目前,人类所使用的电梯(包括购物娱乐场所、机场车站等公共场所的自动扶梯)每年的能耗总量,在理论上、足以把苏州的留园(从地下三十米至空中三十米)复制后、以略大于电梯的加速度,整体送往月球轨道、并与月球同步运行。这种园林式的生态型宇航站,要比目前的任何宇航站、更富有生活的意味;而电梯式的发送过程,对体能素质的要求接近通常水平。如此,大航天时代就会真正开启。

  2、海洋生态与涡旋“仿真重力”

  一直以来,宇航事业只有人类的勇士们身先士卒,地球上的其他生命、反而跟在后面“享福”;人类似乎成了太空时代“奠基”的初级生命,虽然也有不少的地球生命进入了太空,但尚未构成任何稳固的“生态”形式。

  海洋生态,对空气和温度的要求不高,对重力的要求也不高。因此,复制苏州留园、应放在“大航天时代”的中后期。

  航洋生态,仅需要模拟海水的增压,以目前的科技水平、比较容易实现;再以旋转的方式,模拟相适应的重力效应,则海洋生态可以首先在太空环境获得“首发拓展”。

  太空中的生态拓展,对于宇航员的心理素质、是极为重要的保障。若在大航天时代的前期,于月球轨道“球面”建成上千个“太空海洋生态”,则航天旅行、相当于去三亚度假。

  3、月球“盾牌”及月球轨道“球面”的多功能开发

  在月球轨道“球面”,进行大航天时代的基础建设,并把协作中心、建于月球附近区域;可借助月球,防范太空的“自然灾害”。

  继而,在月球轨道“球面”的人工生态建设中、同时构筑“地球护卫甲层”,以“海水后备库”“激光防卫网”等设施、确保地球的“太空安全”,并可在一定程度上、调节阳光、改善地球气候状态。


  总之,大航天的宇航发展序列,首先在于把“发射”转为“发送”、继而实现海洋生态的太空化拓展、并充分开发“善用”月球轨道的安全保障潜质。


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  另,我国的高能物理研究应规划,在太空进行“人工合成”氢、氧、碳、氮、磷等生态所需的元素;或利用宇宙射线聚合,或利用其他元素“裂变”。太空环境,定然有不同于地球的“物理生态”;这种“物理生态”,也是大航天的必要科研课题。


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  内地的电梯也不少,十年的能耗总量、也足够建一个太空海洋生态;与其不切实际地幻想人人发财,不如抢占大航天时代的先机,尤其是“月球盾”的宝贵空间。


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  2、原初模型的“矢量化”理想状态分析

  基于以上的“二维”联动体系,若要进行“定向探索”,仅需给联动体系、增设一个“支撑的基座”。

  1)若要联动体系、向滑块H1的方位去探索,则基座支撑H2;
  最大探索路程为6S,探索周期为开方6t,最高运动速率为3v。

  2)若要联动体系、向滑块H2的方位去探索,则基座支撑H1;
  最大探索路程为6S,探索周期为开方12t,最高运动速率为1.5v。

  3)若要联动体系,同时向二维延伸的两个方位去探索,则无需基座;
  探索范围及周期,如第一部分的结论。

  至此,第二部分的重要结论:矢量化的探索,因目的不同而导致“类似动力机制”形成了“不同的能量效应”;矢量化的探索,过程皆为相对应的独特化探索过程,且探索的成果、需要依据“矢量的相对性”进行互译。

帖子附图:
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  3、原初模型的多维化矢量化运用


  基座的增设,使得原初模型、获得了“坐标系转换”能力,且能应对环境中的各种外在阻力或重力,实现主动能动的灵活航行。

  现以航天装置的探月航行为例,简要陈述多维化矢量化的运用方式:


  参照目前的探月航行,地球上的火箭“费效”比值约为60,月球发射的“费效”比值约为10,探月系统总质量约为60吨。

  在此例举的初始系统,大体配置为——


  航行装置质量:60吨,包括足以进行登月航行和返航地面的能源储备;

  从地面到达月球轨道的能源储备质量:200吨;

  即:从地面到达月球轨道面的“费效”比值、不大于3,而脱离月球的“费效”比值小于0.5——航行装置中,能源储备质量不超过20吨。


  设:“系统内”动力机制的脉冲周期为0.08秒;

  则:脉冲四阶段的时长各为t=0.02秒;

  (未经求证,自认为:高频脉冲可避免机械共振导致的结构瓦解,同时,使得航行更为平稳。至少,这是值得重视的课题,尽管我未必猜对了。)


  (以下的质量配比,是运用“尝试错误法”人工快速验算而来;实际应用中,可以通过计算机程序精确计算、自动操作。但人工快速验算,仍可作为“应急措施”,不断改进。)

  设:稳态工作舱、脉冲动力舱、基座舱、可消耗的其他质量

    质量配置比例为:m1:m2:m3:m4 = 6:4:1:4

  设:基座所能够支撑的最大质量的相应比例为:45


  可进行如下推算

  ——具备高中物理知识的科技爱好者,会有不少人能看出大概、并纠正难免的错误:


  1)离地阶段


  启动时,脉冲动力以3*m2*g的力度,把m2弹至“预设(理想)位置”,完成“单向矢量”脉冲周期的前两个阶段,时长为2t。

  随即,基座舱m3借助“附属推进装置”从航行装置之外获得动力,以2g的加速度、跟随稳态舱m1开始航行。

  由阐释此航行原理的第一部分可知,脉冲动力的第三、四阶段,m1与m2相互作用,而无需m3提供支撑。可知,在一半的脉冲周期内,m3所获得的动力、在于加速m3和m4,使两者跟随m1航行;而在另一半的脉冲周期内,m3获得的动力用于支撑m1(但支撑的力度,对应着整个航行装置)。


  启动后的离地阶段设为80秒,可近似地进行简化计算:

——————————————————————————

cs=45/4=11.25 a1=112.5-10

sv=102.5*0.02=2.05 sL=0.0205 ss=2sL=0.041


wc2=45/6=7.5 wa2=75-10

wv=65*0.02=1.3 wL2=0.013


wc3=15/6=2.5 wa3=25-10

wv=15*0.02=0.3 wL3=0.003 ws=wL2+2*wL3=0.019

cx3=15/4=3.75 a3=37.5+10

xv=47.5*0.02=0.95 xL3=-0.0095 s=ss+2*xL3=0.022

__________________________________________________

m1与m2的最小间距zs=s-ws=0.003

以m1为基准的航行速率wv=0.019/0.02=0.95

__________________________________________________


  依据初始的系统配置,整个装置可以以每秒两米的加速度,垂直于地面航行。而内部动力机制的脉冲空间,仅需几厘米;再加上安全缓冲空间,整个装置在航行方位上的二维脉冲空间仅需几分米。

  若要实现多维化矢量化的联动,只需调整“内部脉冲矢量”与“基座动力矢量”的合成角度。

  又:由于脉冲周期内、有一半的时间,基座所支撑的质量远远小于航行装置的总质量,探月发送的整个系统、也就有足够的动力、达到“柔和”的加速度。具体的计算,也可以通过计算机编程实现,并以计算机辅助操作、或自动操实现操作。


  基座舱可采用综合动力机制、协调内部脉冲动力机制,使得波动型的脉冲动力,在整体上形成柔和的加速、或平稳的匀速运动状态;且无需过多占用航行装置的内部空间。


  2)宇航阶段


  随着重力影响的减弱,基座所需的外部动力逐渐减小。基座舱的主要作用,在于维度切换或坐标系转换。

  同时,脉冲力度的调节,也主要对应于各个功能舱的质量配比关系。且可以更为灵活调节航行速率,为登月进行着陆准备,或进行相关的探索。

  此阶段的能耗较少,是脉冲动力机制最适宜的航行环境。


  3)登月阶段


  调整基座的机动方位,与着陆方位匹配。

  同时,也就可以实现,脉冲动力方位、与着陆方位的匹配。

  调节脉冲力度,逐渐减速着陆。

  具体的能耗计算,将在第七部分,与现有宇航技术进行比对。


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  4、动力机制的多样化综合运用


  从原理上论述,此种航行系统,对能源及动力类型、并无特定要求。

  甚至,移植工业革命时期的钟表技术和蒸汽机技术,就能实现航天旅行——但制造的材料,必须采用当代的宇航技术和工艺;而且,蒸汽并非单纯用来驱动脉冲机制,还可以作为“气化”的外部系统推力。无疑,蒸汽不是煤炭烧出来的,而是核能迸发出来的。

  因此,此种航行系统的探月或宇航“启程”,更适合海基发送。


  由于内部脉冲动力机制,在矢量化体系中、呈现光滑的完整波形,因而得以实现能源的反复转换应用。

  可以是机械能与电能的相互转换,也可以是电磁能的反复转换。

  我个人所能想到的高效综合运用,基于现有的磁悬浮技术,并以核能为主要能源,以太阳能作为补充能源。对于基座的能源,除了现有的技术,仅能想到“气化垃圾”,并收集太空垃圾、以供“气化”使用。因此,在此极力建议:大航天时代的探索,应以月球轨道空间为“初期的范围”;以便于“收集并气化”太空垃圾,再由月球“清扫吸纳”。达到一定程度,以后,就可以在月球表面、回收再利用不少的资源。


  5、航行环境的阻碍参数


  基座所需具备的动力,依据航行环境的最大阻力而预设。

  由于涉及众多环境的大量科学数据,本人在相当长的时期内,都无法

进行“可实际应用”的探究。但我相信,对于各种目的较为单纯的航行,人工估算、并预留较大安全系数,完全可行。

  大航海时代的很多冒险家,甚至是没多少知识的海盗们,不也就横冲直撞地发现了新大陆吗?我们现在的高中生,在那时都能算得上高级知识分子了。


  6、以动力机制的脉冲力度和周期为主导的联动设计,意义在于最大限度降低整个体系航行的能源需求;同时,实现航行速率的自由选择与灵活调节。


  这个课题涉及材料科技与工艺,是我陌生的领域。

  不过,既然早期的航天探索、并没有太高的要求,我认为,大众化的探月旅行,在当今时代、并不困难。

  况且,很可能有更好的、且更容易普及的科技发现和发明,只是我孤陋寡闻、或那些天才不愿意公布。


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  7、与现有宇航动力机制的能源体系及能耗数量的比对


  现有宇航动力机制,主要针对各种宇宙速度;尤其在地面“发射阶段”局限于“宇宙速度”的空间限制,既不能超速、更不能低速——因而,不得不精打细算“等待窗口”抓紧时机。

  这种高速的发射,不仅潜藏着“安全性、可靠性”的技术“瓶颈”,还额外增加了地球大气造成的阻力、加大了能耗。

  因此,就有了本篇提出的针对性设想:


  1)提高“能效”的范畴加大、比例加大


  现有宇航动力机制较为单一,主要来自喷射“气化燃料”的反作用力。因而,必须预先设定“有限的航行轨道”,中途也无法补充“可燃、可气、可喷射”能源。

  而,系统内部的脉冲动力机制,可以高效地节省基座的能源,且能够通过调节脉冲周期或脉冲力度,实现航行的变速或加速。

  两套动力机制,不仅可以协调能效、还可以加强整体的安全度与可靠度——各个部分都备有独立的动力系统,且可以采用现有的或其他的原理、单独航行。


  2)建立航天、航空、航海、潜海和陆地交通的统一技术体系


  综合各种能源和动力应用技术,以电力和磁悬浮技术为基本动力机制,以航天技术的创新完善为主导,建立统一的航行技术,是划时代的科学使命。

  地球的能源和资源,相对于人类日益增多的文明创建需要,不仅有限、且自古短缺。甚至,有人用数学方式,整出了一种“定律”,称:人类规模的增大、与战争的惨烈强度、成正比例关系,还言之凿凿地提供了可验算的数学公式……

  我认为,缺乏文化交流、智慧和精神财富未能充分共享、经济生活偏重消费模式,才是根本原因。尤其,科学成果未能激发更多的科学热情,未能形成递增的效应,反而在技术的商业化应用浪潮中、被淹没;使得能源和资源,过多地涌入消费领域,而难以充分支持“大航海时代”那种传奇般的科学探索、科学发现和划时代的技术全面创新。


  在航天领域,高速发射的模式,无法成为航行技术的划时代标志。航行速率的自由选择与灵活调节,有汽车驾照、就能驾驶飞机,这才是划时代的技术创新、全面创新。

  因此,即使本篇所设想的技术原理、难以实现,至少,也是抛砖引玉,呼唤天才、用天赐的才华、撤销“战争定律的人口公式”,书写人类文明的崭新篇章。


  3)普及化的技术,有益于基于个性特长的新发现


  宇宙之大、内涵无限,仅以几个有实力的国家、几十个科研团队,怎么可能实现“富有成效”的探索?而取得“可反复验证”的发现。

  目前的宇航费用如此高昂,虽曾有企业担负的意愿,却不见普及到企业——别说“验证”,发现一颗新星都不容易——哈勃天文望远镜,能直接使用的人、有几位?

  至少,每个城镇都能拥有一部航天器,才算普及化的技术;中国大城市的不少家庭,已经拥有两辆轿车了——这才叫做普及。


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  对于科学爱好者来说,普及化的航行航天技术,如同家用汽车技术、一样可以带来享受——科学探索的享受。

  这种享受,并非古代的八抬大轿、只能是少数人的专有享受;更何况,人类并不需要享受八抬大轿的人,而需要享受科学探索乐趣的爱好者。

  普及化的技术,不应该缺失了科学探索本身所需要的技术。是不是该省省?那些高科技的闲聊技术,那些过多环节的流通技术,那些无关痛痒的上传下载……真希望有天,驾着划时代的家用轿车出门兜风,就能在月球上发现新能源、回来立刻发财!或者从火星捎回一位撩人的外星寂寞美眉、马上成家。


  其实,我也挺无聊浪费的。赶紧用数据说话:


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  一)目前的宇航动力机制,通常每燃烧1公斤燃料产生的推力达3吨。如此神奇的推力,无疑来自神奇的燃料,成本想必不菲。


  但即使这样,对于探月航行来说,也未必充足:

  我国的神舟飞船重2.5吨,而发送它的长3火箭重250吨;

  美国的土星5号火箭重达2600吨,因为阿波罗飞船全重近50吨。

  这都缘于“宇宙速度”“窗口”“轨道”的局限。


  我小时候就幻想过,架支云梯、直接爬上月亮去乘凉。

  此次设想的“系统内”脉冲动力机制,就相当于爬云梯;而云梯就是基座舱,类似于电梯垂直升降。

  这种类似的垂直升降,只需每秒两米左右的加速度;我“猜测”(很不科学,很不专业),不必使用神奇的燃料,把水烧开、用水蒸汽就能达到;如果用核电烧水、或干冰,就更保险了(但也许会让地球的水或二氧化碳流失)。


  二)阿波罗飞船登月,返回的最大难点,据说在于“登月返回舱”的对接;终究还是燃料不足、动力不足的课题。


  我一直不理解,既然要减速进入“环月球”轨道,为啥不直接与月球对接?所以,此次设想,在爬云梯、垂直进入月球轨道面之后,则发挥灵活的坐标转换、速率调节性能,以整体装置、去对接月球、实现登月。

  这种信心就在于,爬云梯、无需“宇宙速度”“窗口”或“轨道”。

  以每秒两米的初始垂直加速度离开地球、并逐渐减小加速度,抵达月球轨道面,经较为科学、且留有余量的估算,最多只需10小时。


  如果使用目前的神奇燃料,每秒的消耗量为20~10公斤。

  有网友估算,现有的航天运载火箭的消耗量每秒约为30公斤;我认为,决定其消耗速率的因素,在于其所要产生的加速度。即使是脱离月球所需的加速度,也达到了“脉冲联动装置”通用加速度的3倍以上。

  对于加装了“脉冲动力机制”的航天器来说,在月球起降、毫不费力。一旦可以“气化”月球土壤,则再无燃料之忧;更无需另外配备月球车之类的交通工具。


  三)脉冲动力机制,可以在脉冲轴向上产生惯性;又因其所需加速度较小,而增强了可靠度和可变的灵活度。


  而高速飞奔的火箭或飞船,在较高的加速度驱使下,很难作出灵活的调整;哪怕一个小故障,也有可能导致整个计划落空。

  一旦“脉冲联动航行”技术达到实用境界,个人、家庭或群体,只需依据各自的需求“定制”稳态工作舱;建立技术标准后,更换或租用基座舱,配置脉冲动力舱及燃料等质量比例,就能实现陆、海、空、天的各种旅行。

  我展望,届时,一台台航行器、将划着弧线,把人们载往各个地方。因为,在近地面,像飞碟或花样滑冰那样,走弧线、最为省力、最为快捷。而且,弧线是最难以重叠交叉的线路;只要航行的出发地或目的地有所不同,弧线就很难重叠。那时,就再也见不到拥堵的壮观场面了。


  最后,分享关于计算的感悟:不要担心自己不精通数学,只需要熟练“尝试错误法”。

  由于各个功能舱的质量配比、随时会变,脉冲力度也可以进行“非对称的加力”,能源或动力机制可以综合运用;所以,在实际应用中,不可能采用不变的数学模型。

  要实现对各种航行环境的通用,就必须因地制宜,尤其在人迹罕至的陌生环境中、不可能有现成的公式可用。

  不过,还是可以运用计算机编程、或人工智能技术,那就是编写“尝试错误法”的计算程序;或“人工选择”某种合适的计算结果,或用“人工智能”程序、自动筛选出最佳方案。每个人都可以编写自己的“尝试错误法”电脑程序,也需要积累“尝试错误法”的人工计算经验,如此,才可能真正达成、在任何可航行的环境中启航。


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