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空間站重力分析

生活 更新时间:2024-08-10 18:14:15

這是一個比較有趣的話題,因為這裡所說的同步軌道其實有好幾種同步軌道,但無論在哪種同步軌道的空間站内都是失重的,因為能在這個軌道上運行的話,它所受到的“離心力”和引力是平衡的,因此是一種平衡狀态,下面我們就這兩個來做個簡單的讨論:

一、同步軌道的種類

1.太陽同步軌道:并不是與太陽同升同落,而是與太陽保持固定的角度,這種軌道傾角一般都在90°附近,星下點通過兩極,因此又稱極地太陽同步衛星軌道;

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)1

2.傾斜同步軌道:與靜止軌道高度一緻,但存在傾角的的軌道,需要定位在高緯度提供服務的一般采用這種軌道,因為靜止軌道在高緯度角度不合适,軌道的星下點就是一個8字

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)2

3.靜止軌道:靜止衛星軌道大家應該最熟悉不過了,即衛星繞地球的速度與地球自轉角速度一緻,這個位置大約在赤道上方3.6萬千米的位置!一般我們所說的同步軌道大都指的是靜止軌道。

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)3

二、同步靜止軌道位置的衛星“離心力”和其所受到的地球引力一樣大?

很明顯是一樣的,如果“離心力”大于引力,那麼其肯定還會上升軌道,直到新一個平衡點,反之則下墜,也會達到一個新的平衡點,隻有兩者大小相等,方向相反才會在這個軌道上長久的運行下去!

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)4

三、如何建立一個一G的重力環境的空間站?

換靜止軌道建立一個環的難度有點大,不過好處是可以讓這個換超過靜止衛星的公轉速度運轉,一直達到“離心力”為一G的狀态,但事實上這樣似乎有些勞民傷财,比如下圖:

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)5

比如參考傳說中的戴森文明的做法,但這樣的工程似乎太大了,如果要在太空生活,而又要1個G的重力的話,不妨用環形空間站這樣會比較省事!當然如果是建環形空間站的話,在哪就問題不大了,甚至可以環繞太陽軌道也行

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)6

上圖是《極樂空間》中的巨型空間站

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這幅圖是20世紀70年代美國宇航局設計的巨型環形空間站!

我們可以來計算下,比如直徑10KM的環形空間站,大約需要多大的轉速才能達到1個G的模拟重力要求!

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)8

V=221M/S即可達到1個G的模拟重力需求,那麼大約是2.37分鐘轉一圈即可達到1個G的需求,其實一般日常的話并不需要達到1G,比如0.5-0.8G就很舒适了,當然回到地面可以要适應一下,但1G無疑不需要适應,或者可以設置兩個區域,一個舒适區域生活,一個逐漸正常區域在回地球前過度!

四、環靜止軌道的空間站或者大型環形會穩定嗎?

很多人認為可能不太會穩定,畢竟這個質量太大,容易受到月球以及太陽甚至是其他行星的引力攝動,這當然必須考慮,需要在空間站上安裝發動機,需要經常調整,即使靜止軌道上的衛星也同樣需要調整!

空間站重力分析(地球同步軌道的空間站内)9

但問題是現在的靜止衛星軌道已經擠滿了衛星,大家都為争搶一顆衛星的位置都快大打出手了!當然不會如您想想的密密麻麻,因為衛星之間還需要有一個軌道距離,避免信号角度過小而幹擾,還需要留出安全距離,因此靜止衛星的軌道衛星數量是受到限制的,而這個區間範圍又不大,所以星滿為患啦!

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