[發明專利]雙線電力快纜系統

在審

• 申請號: 201710105948.7
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106828977A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張明
• 申請（專利權）人: 張明
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及航天領域，是一種雙線電力快纜系統，用于幫助火箭發射航天器。

背景技術

當前衛星、宇宙飛船等航天器的發射采用火箭來實現，3噸重的衛星等進入太空需要100-500噸的火箭。火箭分級多，技術復雜，容易出事故，成本高昂，往往只有國家才能夠進行航天活動。

發明內容

本發明要解決的技術問題是降低火箭的加速能力要求，降低發射成本，促進航天產業的發展。

雙線電力快纜系統運行于太空，繞地球公轉，公轉周期小于24小時；由兩根快纜、上配重、太陽能電池板、空間站、直線加速器等組成；在公轉過程中快纜垂直于地面，下端在公轉平面內前后擺動；平衡點、下端、上端處分別有用于調整軌道的離子發動機；設地球質量是M，引力常數是G，太空雙線快纜系統公轉的角速度是w，則地心距是處稱為平衡點，快纜在平衡點處的截面積最大，越遠離平衡點其截面積越小，下端、上端處的截面積最小；太陽能電池板、空間站、直線加速器安排在平衡點處，太陽能電池板通過旋轉接頭與空間站連接。

快纜是由高強度纖維制造而成，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卷揚機，卷揚機用于提升、放下引導線以及提升繩；引導線的長度足以夠到下一個卷揚機處；提升繩的長度足以夠到下一根提升繩的卷揚機處，并且提升繩的長度足以跨越數根引導線；引導線和提升繩的下端有L形支架和滑輪，引導線的滑輪扣在快纜上、沿快纜上下，提升繩滑輪扣在引導線上，沿引導線上下；卷揚機處有斷路器，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，并且有拉線綁定在這根快纜上；橫管另外一頭有扣環扣在另外一根快纜上，并且扣環允許另外一根快纜上下自由移動。

其中一根快纜的下端處有一個調節卷揚機，該調節卷揚機用于卷起這根快纜，使得兩根快纜的長度一致。

快纜下端的下面有提升繩和相應的卷揚機；該處提升繩沒有滑輪，而是有對接火箭；對接火箭的噴口向外側傾斜; 對接火箭有線盤，線盤可以放出對接線，對接線與提升繩連接。

平衡點處有直線加速器，用于加速航天器；直線加速器是由加速卷揚機、牽引繩、桁架滑軌組成；航天器在桁架滑軌上由牽引繩帶動、加速，牽引繩由加速卷揚機驅動。

快纜自下端到上端的截面積，都是連續變化的，把快纜分為數段，每段的下端的截面積等于下一段的上端的截面積；設每段的提升繩、引導線、金屬層、橫管等的總質量除以該段的長度，得出結果是該段的平均的單位長度附加質量n；設快纜材料的密度是ρ、比強度(也就是抗拉強度除以密度)是ε，平衡點以下的快纜的每段的上端的地心距是r、截面積是，段內離上端的距離是x處的截面積S(x)遵守下面公式

；

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

其中Exp[ ]表示自然對數的乘方運算。

快纜的建設辦法是：把快纜卷起，發射到平衡點處的太空軌道，然后利用上端的離子發動機往后方拉動快纜上端，同時利用下端的離子發動機往前方拉動下端，使之伸展開來；然后利用上端的離子發動機往前上方拉動上端，同時利用下端的離子發動機往后下方拉動下端，直至快纜1上下垂直；然后利用下端的離子發動機往復施加推力，使得下端擺動，同樣利用上端的離子發動機使得上端擺動。

運載火箭的頭部也有對接火箭；對接火箭的噴口向外側傾斜，有線盤，線盤可以放出對接線，對接線與運載火箭連接；運載火箭接近快纜下端提升繩下面時，兩者的對接火箭點火、相向運動、對接在一起。

應用本技術，航天器發射時其運載火箭只需要把航天器加速到1-4km/s就能夠順利進入太空，能夠大大降低火箭質量、降低成本。

附圖說明

圖1是雙線電力快纜系統的結構示意圖。

圖2是快纜及其金屬層的截面的示意圖。

圖3是雙線電力快纜系統繞地球公轉的示意圖。

圖4是卷揚機、提升繩、引導線、橫管、滑輪、L形支架的示意圖。

圖5是引導線、滑輪的立體示意圖。

圖6是橫管、拉線、扣環的示意圖。

圖7是卷揚機、斷路器、金屬層的示意圖。

圖8是快纜下端的調節卷揚機、提升繩、提升繩的卷揚機、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接火箭、噴口、對接線、線盤的示意圖。

圖10是運載火箭的對接火箭、噴口、對接線、線盤的示意圖。