网络化空间站

设计者（黄超杜一骄汪顺岍王蓉）西北工业大学航海学院03010801班
随着航空航天事业的发展，载人空间站已经经历了三代的发展，即试验性空间站，简易空间站和永久性空间站。

现有的国际空间站已成为规模最大的永久性载人空间站。

载人空间站给人类的科学文明做出了重大贡献。

但是由于外太空特殊的太空环境和不利于活动的诸多不利因素，现有的载人空间站却仍有诸多不足。

比如：空间站的覆盖范围小，灵活性和活动性欠缺，能收集到的地球的或外太空的信息还不够丰富和全面，可供人类居住的范围少，人的活动范围也很小，空间站不能进行大范围的移动，太阳能电池安装空间小，电力不充足，电力来源单一，实验室空间小，不利于工业化发展等等。

这些不足有待于改进，并且我们相信能够改进。

基于以上诸多原因，我们提出一种新理念的载人空间站，用以提高和改善以上诸多不足，并希望将航天事业以及材料，医药，生命科学，能源，农业等领域进一步发展。

为了便于介绍，我们将此类空间站称为“网站”。

之所以称为“网站”，是因为它整体覆盖范围大，各站与各站见用一种特殊的缆索连接，整体犹如天网悬在天上。

单方向和形状又因运动轨道和站点有所差异，下面我们以一种相对简单的“天网”为例向大家介绍。

“节站”是缆索连接的，示意图如下：
“节站”课根据用途的不同分为：微重力实验室，高真空实验室，温差实验室，能源实验室，空间材料实验室，空间制药实验室，空间育种实验室，航天人员活动室，发展台，停机站等。

对于这些节站的技术目前已经较成熟。

只要做一些结构和功能上的改变就能满足“天网”的要求。

下面我们重点介绍一下缆索。

缆索是扩展空间站可触范围的重要一环。

无论是强度，质量还是结构功能要求都特别高，更关键的是，以前我们对这方面的试验不是很多，理论和技术都不太成熟。

下面我们就按设计要求来介绍缆索的结构设计，功能作用和材料要求。

缆索的长度很长，几十千米甚至上百千米，这就要求缆索不但要质量轻，强度高，而且要抗干扰能力强。

缆索具有导轨的功能，加装设备的功能。

由于运输能力需要加强，要求轨道车能在节站间同时往返，
以及提高缆索的可靠性，所以缆索最好是两条以上。

按要求设计出以下缆索：
形状如DNA长链，呈微螺旋态。

两轨间用质轻的横杆隔开，横杆间加弹性系数较小的材料连接，使缆索释放后有往里收的趋势，缆索自然便成DNA一样的螺旋状，这样的缆绳不但象征着人类视野足迹的延伸，更是象征着人类生命的延伸。

横杆既起到了分离导轨的作用（就像高压电线上的连接），又起到了定型的作用，使得两端的站点即使很不稳定，也不至于对其造成硬伤。

还可以在漫长的导轨横杆上加装新装置，比如太阳能电池板，深空探测器，摄像仪，传感器等。

缆索分两层，里面一层为碳纳米管，因为其强度是钢索的几百倍，重量又可以很轻。

外面是一层较薄的导电材料，用以传输太阳能电池的
电能。

由于缆索呈螺旋状，故对缆索的强度和寿命有辅助作用。

两条缆索并行，犹如高速公路，一路畅通，可以承受人员或信息等繁忙的运输。

对于装箱运输方面，这样的缆索也很方便，只需要把它想卷尺一样卷起来即可。

也许有人会问，为什么缆索要做那么长。

其实，这样的缆索与前人提出的从地面向太空的“天梯”相比短多了。

“天梯”方面虽然更有发展前途，但绳索长度过长，达到14.4万千米，难度过大，大气层里的风雨雷电对其都有很大阻扰，并且还没有可行的建造过程。

按实际情况出发，找到一种能与“天梯”功能类似的方案，退而求其次，将缆索缩短，建起“天外楼阁”这也不是很好吗？
将缆索的方向置为竖直向下，这样就与地球磁场相垂直，由于“天网”相对地磁场高速运转，从而在缆索两端产生极高的电压用来发电产生可供“天网”使用的电能。

再加上大量的太阳能电池，不但“网站”上生产实验室的电能有了，调整轨道用的以及轨道车用的电缆也有了。

这样即便在夜间也有源源不断的能量。

缆索的长度和结构特点使它扩大了载人空间站的活动探测范围。

我们在缆索上配置轨道车，如下图所示：
轨道车大部分时间是在轨道是在轨道上运行的，如果中途出现什么异常，可以与轨道分离，启动车上自带的发动机，飞向目的地轨道车上按功能的不同可分为：探测轨道车、载人轨道车、载贸轨道车、维修轨道车，安装轨道车的等。

轨道车的配备无需对接技术，只需让轨道车与缆索靠近，“抓住”导轨就行了。

拿安装轨道车来说，先将太阳能电池板装进车里，再由安装车用机械臂顺路安装在轨道横杆上即可。

如图所示：
值得一提的是，载人轨道车在高速轨道上做螺旋运动，使载人轨道车获得指向导轨内侧的向心力，形成一定的重力效果，可使航天人员保持良好的身体状态。

只不过载人轨道车与其他轨道车有所不同，底部与顶部恰好相反。

以上诸多设计是“天网”成形的客观条件，其整体效果如下：
现在我们来谈谈“天网”是怎样被送上太空并组装起来的。

先用现有技术将最主要的体积最大的中间关键节站在预定点拼装出来，就像拼装国际空间站一样，再用航天飞机或火箭将已经连接好的长缆索运送到节站与节站相接，再让缆索展开，如果缆索不够长可分多次拼接。

由于往返次数多，最适合用航天飞机或者空天飞机来运输。

然而，当缆索足够长之后，将会在缆索的两头聚集大量的电荷。

故在装接时应注意静电防护。

但是如果将缆绳做成分段的，让其在装接过程中断开，可以防止大规模的静电效应。

与此同时，也可以方便缆绳的更换与维修。

待连接完毕后，再让轨道车过一遍，将各段导轨连通。

或者可以在飞船上下功夫，防止放电损坏。

按照这样的方法将一个个节站装接上去，最后就形成了一个珍珠项链似的大网，缆绳向下做纵向延伸，再链上布满太阳能电池板，又犹如天梯一般。

下面我们将说明“天网”的优点：
“天网”缆索高速切割地磁场，昼夜不断，以及缆索上的电池板产生的电存储起来，供轨道车使用，供电解槽使用，以产生足够的氢和氧，提供航天人员生存的环境和日常生活试验所需的氢能源。

“天网”上每个节点都有特殊的功能，它们既是轨道又是实验室，还是生产车间。

其中微重力实验室应处于“天网”的中心位置，在微重力周期内可进行微重力实验，微重力生产，可将试验生产转到轨道车上，比如蔬菜水果等农作物种子的变异。

从而加大生产量，提高效率。

真高空实验室也可以在轨道车上进行。

这些真是利用了轨道车可移动，数量多，移动范围广的特点。

空间材料实验室：在微重力环境中，会产生许多不同于重力场中的基本物理现象：液体中浮力消失。

导致物质密度不同引起的浮沉和分层现象也消失，物质混合和悬浮可以控制，液体为表面张力束缚，浸润现象和毛细现象加剧，液体和气体的自然对流基本消除，能量扩散，质量扩散称为物质传递的主要形式，液体中不存在静压力等，由此环境生产出地面生产不出来的特殊材料。

比如：提纯物品，特殊合金合成材料，新型透镜玻璃和激光玻璃等。

由于“天网”的特殊结构，生产也是可以大批量的。

空间制药已成为一种商业活动，经济效益和市场前景是发展空间制药成败的关键，由于天网面积巨大，这为制药提供了很大的空间，可以用它来制作出尿激酶。

一剂尿激酶的价格大概在1000—1500美元，生产纯度高，生产速度快。

分离β细胞。

0.07千克的β细胞就可以
满足325万病人的需求。

如果采用空间技术大量生产β细胞不仅每年可以节约数亿美元，更重要的是能够彻底的治愈糖尿病。

除此之外还可以大量生产红血球生长素，抗溶血因子，干扰素激素等，医用价值可见一斑。

远高位置资源：装有探测器的轨道车可进行不同位置的观察探测，灵活性更大，探测范围更广，不像卫星只能在固定高度测深。

天上旅店：由于绳缆很长，所以人们乘坐空天飞机以及运送物质的飞行器，飞行高度将减小，节约了能源和资金。

乘客可以乘坐轨道车沿途长时间长距离的旅游观光住宿。

“天网”的接容量大，这将是一笔不小的收入。

回收站：太空垃圾的清理很困难，但有了“网站”后，可以预测来袭垃圾，然后用轨道车到最近点回收太空垃圾，即环保又可对“网站”进行保护。

中转站：“天网”可以成为航天器的中转站，提供氢能，电能和发射平台，这样地月之间的距离就更近了，采矿工作也更容易了，发射到其它行星的能量也更少了。

发射平台就建立在节站上。

以上只是粗略的介绍了一种平面式的“网站”，适于赤道运行另外还有较为复杂的立体式“网站”。

部分示意图如下：
按照现在的技术来看，此方案的可行性十分大。

只希望将此想法告于相同志向者，大家一起努力，为世界的航空航天以及民生事业做出自己的贡献，将人类文明推向更高的层次。

笔者见识浅陋，还望广大读者批评指正。

谢谢。

作者：黄超
杜一骄
汪顺岍
王蓉
11。