[发明专利]登月天梯

说明书

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别是一种实现地球与月球之间运输的工具。

背景技术

最早提出太空天梯设想是在1895年的俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基。而在1978年英国科幻作家阿瑟·克拉克将这种设想写进了科幻小说《天堂之源》中：地球不停转动过程中，如果将一个平衡锤用缆绳拴住抛入太空，并且缆绳足够长，至少10万公里长，由地球转动产生的强大离心力将使缆绳绷紧，这样就可以建造一架伸向太空的天梯了。NASA资助爱德华兹博士沿着这个思路研究的太空天梯有以下核心部件构成：

平衡锤：平衡锤是一个比较重的物体，放置在同步轨道上方。

缆绳：缆绳是一条十分长且结实的绳子，上粗下细，用于连接地面与平衡锤。

货舱：货舱用于装载货物，它可以在空间和地面之间上下移动。

地面基站：地面基站用于将缆绳固定在地面上，并为货舱提供能源，能量通过激光传送到货舱。

这种太空天梯的主要存在问题是向上输送货物需消耗大量能量，在赤道垂直运输物体会产生科里奥利力，使缆绳弯曲，恢复垂直在高空需要有水平的喷射推力，运送物体高度一般小于140000千米，受风、雨、雷电、飞机影响较大。

1993年美国航太工程师Robert ·Zubrin提出极音速天钩。其基本思路是在地面约100公里高空设下平衡体，在约5000公里以上高空设上平衡体，上下平衡体通过缆绳连成直线绕地心做圆周或椭圆运动，上平衡体在高空产生向上的离心力，与下平衡体重力将缆绳拉直形成5000公里以上的“针”状极音速天钩。下平衡体运动速度要达到10-15马赫。建造时需要先送一定质量平衡锤到空间，其相对于静止型天梯具有更低的建造成本。

这种极音速天钩存在如下问题：要有10-15马赫的特殊太空飞机传送货物，极音速天钩在100公里接到货物后会大幅下降高度，向上传送货物由于受科里奥利力作用，缆绳由直线也会弯曲，而维持原运动状态需要的能源耗费很大，这种能源要以向下喷射方式和水平方向喷射才能实现，进入的空间高度一般小于10000千米，并且这种飞机在空地之间往返的难度几乎接近于卫星发射与回收。

2010年报道美国迈克尔·莱恩的月球天梯，其特点是在月球正面某点固定一根50000多千米长缆绳，另一端设太空舱指向地球，靠太空舱与地球的重力和月面缆绳拉力把缆绳拉直，再用一种动力装置把月面的物体送入太空舱，或把太空舱的物体送入月面。登月时先用火箭将人送入太空舱，再实施登月舱和月面的往返。这种月球天梯存在如下问题：需要有火箭将人或物送入高轨道太空舱，消耗的能量较大，需要有一种动力装置把月面的物体送入太空舱，或把太空舱的物体送入月面，返回地球时需要有返回舱系统才能进入大气层，进入大气返回舱表面温度高达1600℃以上，太空舱在高空中的势能不仅被浪费还存在不安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服已有技术之缺陷，提供一种登月天梯，它能够直接利用月球动能提升地球物体和月球物体进入太空，并能实现地球与月球之间物体的对流输送，替代火箭发射航天器，并具有节能、环保的特点。

本发明所述技术问题是以下述技术方案实现的：

一种登月天梯，它包括缆绳、缆绳约束体和缆绳挂钩，所述缆绳的近月端通过缆绳约束体固定在月球表面，近地端延伸到距地球表面的上层空间，在其端部设有缆绳挂钩，缆绳随月球围绕地球运动，缆绳的近地端在接近地球时用运载工具向缆绳挂钩上加载物体或交换物体。

上述登月天梯在近地端至距离地球120000千米的范围内采用碳纳米管缆绳，其他部分缆绳采用高强度碳纤维材料制成或碳纳米管缆绳，缆绳在中间外太空范围内表面涂覆防辐射涂层。

上述登月天梯所述缆绳挂钩处设有提升翼。

上述登月天梯，所述运载工具是飞机或火箭。

上述登月天梯，所述缆绳约束体设置在月球面向地球一侧的中心区域，缆绳约束体为配重袋、固定座或拉钩中的一种；月面上设置缆绳收放设备。

上述登月天梯，所述缆绳的近地端距地球表面10000-15000千米处设置转运站。

上述登月天梯，缆绳上设有GPS定位装置，接力通信装置，检修机器人及太阳能供电装置，重力过载安全保护装置，缆绳长短和摆动，防航天器碰撞的调控装置和太阳能缆绳牵引装置。

上述登月天梯，所述缆绳上设有若干组垂直运送装置，每组垂直运送装置上安装一对配重平衡体，垂直运送装置还包括与缆绳的连接机构、自动驱动机构和太阳能电源蓄能器。