CN101885335A - 地空隧道及其登天列车的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地空隧道——“天脐”的建造方法：在近地静止轨道中转站与地面通天塔之间，联通一条各自独立的双筒套管(外：防护、保温、输水、输气、输电管；内：真空隧道客、货运输管)；再在近地中转站与远地同步空间站之间，联通三条能耐受太空高、低温差的“太空数字电缆”(暂定名)。使上、下两站与通天塔垂直衔接为一体，同步平行绕地运行。构成天地间一条可提供水、空气及电源的真正意义的生命脐带。并在“天脐”内层真空隧道中，开通一组由电能、喷射能双驱动的动车组登天列车，完成载人、货运任务。为达此目的，本发明采用了“弧圈式氦气柱囊分段减重抬升技术”和“倾斜旋翼组合环空间控制、定位技术”。解决了通天管、线自重造成的材料抗拉强度不足，以及悬空状态方位漂移两大核心技术难题。从而首创一项全新的、非飞行式的载人航天模式，并为人类廉价的地、月往返，提供了一种可行性技术方案。

Description

地空隧道及其登天列车的构建方法

技术领域：

本发明涉及航空、航天和建筑、制造的尖端科技领域。尤其涉及一种非飞行式的登天方式及其具体实现的技术措施。

背景技术

现代航天科技已发展了大半个世纪。美国航天飞机在酿成多起航天悲剧后，行将退役。它预示着一个时代的终结，而另一全新的航天理念正在孕育。抓住这一天赐良机，是每个航天大国势在必行的战略需求，我国也不例外。在成功完成了载人航天、太空行走、月球初探之后，建造自己的空间站已迫在眉睫。是亦步亦趋地沿用俄、美建站模式，还是在此基础上另辟蹊径，跨跃“中国制造”，开辟“中国创造”的全新局面，是摆在航天人面前的一项世纪抉择。只有一个国家独具此领域开创性技求突破，这个国家的航天大国形象才会有本质的提升。

在国际上，早于上世纪六十年代的科幻小说中，已有“天梯”幻想。近年来，“天梯说”又被重提热议，成为一个科研命题，引起世人关注。但宥于材料力学的瓶颈——抗拉强度问题，制约其开发步伐，至今未成现实。虽然目前新材料研发有所进展，但距实际应用，路途还相当遥远。

发明内容

本发明的目的，就是要打破“天梯”设想瓶颈，利用现有航天科技成果和已具规模的工业化生产航空材料，实现人类安全便捷舒适地非飞行式登天愿景：

首先，寻找中纬度，高海拔地区，一片远离地震带，且常年大气环流相对平稳，气候宜人，风光秀丽的地段，打造一座太空漫游城。该城主体建筑为通天塔。它是地空隧道(下简称：“天脐”)的牢固基础，必须利用当今最先进的建筑理念与技术手断，构建这座全球第一高塔。建塔采用两步施工法：先建钢结构“骨架”内塔，完成单纯的“天脐”套管与近地中转站的接通；第二步再建多功能“脊肉”外塔。

通天塔顶端，是半露天的天井式塔顶组装厂房。在这里完成倾斜旋翼组合环与“天脐”外管的“箍接”和弧圈式氦气柱囊在外管壁上的“套穿”。天井中央，是设有防震滑动底盘的两个“天脐”对接孔洞，分别为登天列车上、下行固定隧道的出、进口。两组列车各自单向行驶，互不干扰。工程初建，可先选择其中一孔，作为“天脐”试运行通道，经严格的科学实践，综合评估论证后，方展开整体作业。

在通天塔中部，是计算机房和总调度环形大厅。下面距地三百米处，设总装车间。在这里将“天脐”套管组装对接成一体，由小火箭推进的卫星定位升降平台逐节向高空抬升。由于“天脐”内、外管道均采用了氦气柱囊分段减重，因此无须巨大推力。

总装车间下，距地一百多米处，设“塔吊操控台”、“高压输变电管控室”、“备用应急发电机组”、“纯净水压力泵房”、“空气净化气压仓”、“沐浴消毒更衣间”、“无菌候车室”和“密封通道U形水池站台”等设施。通过U形水池直达塔顶孔洞，便是登天列车的固定启动隧道。

通天塔下，是码放“天脐”预制套管的望天广场、大型轨道移动平台以及地铁支线。

与通天塔建造施工同步进行的，是利用大推力火箭向通天塔正上方的近地高空(失重高度)发射一颗静止轨道中转站的主站基础构件；再向远地太空发射另一颗同步空间站主站基础构件。两构件均为六面体，其上各设计若干对接口，作为两站扩建时的全方位对接、扩展舱口使用。

在中转站基础构件的三维方向上，还设置若干喷射孔，使其可升、可降、可随时自动调整方位与运行姿态。其下方，正对通天塔的对接口，为实验“天脐”接口。通过它联通一条各自独立的双筒套管(外：防护、保温、输水、输气、输电管；内：真空隧道客、货运输管)；再在近地中转站与远地同步空间站之间，联通三条能耐受太空高、低温差的“太空数字电缆”(暂定名)。使上、下两站与通天塔垂直衔接为一体，同步平行绕地运行。构成天地间一条可提供水、空气及电源的真正意义的生命脐带。并在“天脐”内层真空隧道中，开通一组由电能、喷射能双驱动的动车组登天列车，完成载人、货运任务。

登天列车一旦启动，中转站和空间站的建站工程技术人员以及器材、设备、构件、给养等等，均可从地面源源不断地运送。这样，除建站所必需的整体特大部件，仍将由大推力火箭发射，完成与主站基础构件的对接外，其它皆由登天列车以“蚂蚁搬家”方式一一完成。

首先需要构建的是：设在近地中转站上的另外一条下行“天脐”套管的对接舱、登天列车停车回转舱、过渡舱、生活舱、工作舱、失重体验舱；以及设在远地空间站上的登天列车回转舱、过渡舱、生活舱和工作舱。其后，才是各种科研课题舱、天文观测舱、卫星组装舱、园艺饲养舱、观览游乐舱以及太空宾馆等等。建造各舱的最佳方法是采用积木拼接方式，由小件结构成大件，由基础构件扩展为规模宏大的空间站。随着时光的推移，甚至拓展为太空村、太空城。

综上所述，未来的太空之旅，将变得安全便捷而舒适惬意。宇航员们在太空完成工作，便可乘坐登天班车返回地面家中，与城市上班族无异；旅客们到太空一游，也无须昂贵的票价，与周游世界各地相似。这也是以人为本的理念，在太空生活中的具体体现，更是本发明渴望达到的最终目的。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一、“天脐”管道设计、制造及其运输方式：

“天脐”设计取决于通天塔地基、塔身、近地中转站与远地空间站的海拔高度。若通天塔建在海拔1千2百米地基上，塔高8百米；近地中转站海拔40千米；远地空间站海拔400千米(为叙述方便设定的假设尺度)。那么，“天脐”管道部分长38千米；太空数字电缆部分长360千米。登天列车的空间运距不过398公里路程。最保守的估计：一小时之内便可往返于天地间。

若将登天列车的外径尺寸设计为2.5米，那么“天脐”内管直径约为3-4米，而外管直径约为6-8米。这样的“天脐”套管以每节100米的长度预制完成，共需2×380节。其制造材料，可采用类似于大型客机外壳的材质(或高分子复合纤维、钛合金、碳纤维)，要求抗疲劳寿命较长，质地轻且坚固耐用。

“天脐”外管是具有防护、保温功能的供水、供气、供电管。在它的内壁上，至少要设置一条注满纯净水的输水管；两条可供中转站、空间站所需能源的数字电缆，其中一条为不通电的备用线。它可作为“蜘蛛人”在管道中自由上下的维修线路使用。管内其它剩余空间，则为输送净化空气的通道。通过地面对所送空气的温度调节，保持“天脐”管内始终处于常温状态。在外管的外壁上，至少要置设两条外接电源线，以供“天脐”自身的电力需求。其中一条也为备用线路，亦可供“蜘蛛人”管外维修。外接电源，上接“天脐”卫星定位升降平台；中间接组合环上的所有倾斜旋翼和压缩氦气收、放盒；下接通天塔内的输变电管控室和备用发电机组。外接电源线，在第一、二节“天脐”套管对接后，便开始通电，为卫星定位升降平台，第一组旋翼和第一套氦气收、放盒提供动力。因此，这一外接电源，在诸节管道对接抬升时，必须带电作业。

“天脐”真空内管是一条登天列车的运行隧道，其主要功能是：载人、运货。在它的内壁上，至少要设置三条固定的数字电缆线路，呈正三角形布设。其中包括一条不通电的备用线路，也可作为“蜘蛛人”维修线使用。在预制工厂，将内管制造装配完成后，经彻底消毒处理，将两端用封膜密封，中间抽成真空。以确保“天脐”内、外管全部接通时，登天列车在无空气阻力的状态下运行。

“天脐”内、外管，在预制工厂便可套装在一起。内管外面的弧圈式氦气柱囊，可预先“穿”在管壁上，套入外管。这样，不但可以防止管件间相互摩擦，还可减轻套管重量，便于运输。

由于套管是一件百米庞然大物，铁路、公路运输十分不便，因此采用大型飞艇运输较为便捷。若两架飞艇各牵套管一头，一次可运数节。当飞艇运至通天塔下的望天广场时，一端下降，另一端悬停，将套管安全竖起，码放矗立于广场之上。

关于每节套管在通天塔总装车间的对接方法，可在焊接、铆接、卡接、磁吸……等不同方式中优选一种。但操作起来必须简捷迅速且接口坚固耐用。至于管内管外电缆、水管的接通，最好采用卡接方式，一触接成或一旋接通。当“天脐”套管全部对接完成，输水管与通天塔内的纯净水压力泵房互联后，通过加大水压，使各管的感应水阀一一打开，接通水源。电源则视需要，由登天塔内的输变电管控室待命合闸通电。

为了快速高效地将套管双双接通，要专门设计一台数控套管对接机。由于内、外两管是相互独立的单独管道，可以将内管首先提升数厘米，在留有一定空间的两节内管间，用机械臂环抱密封，抽真空后卡住。揭去上、下管口封膜，联通内管电路，再将下面内管上提对接；然后联通外管内壁上的水、电管线，以类似方式对接外管，一气呵成。最后带电接通外接电源线。如此，“天脐”套管组装，完成一节，向上抬升一节。当对接套管升至登天塔塔顶，露出“天脐”孔洞10米时，将倾斜旋翼组合环箍接在上、下套管对接处。升至百米左右，套穿上外层弧圈式氦气柱囊，由卫星定位升降平台向高空抬升。最终，第一节“天脐”套管与近地中转站主站基础构件下方的对接口对接。而最后的第280节套管则与通天塔塔顶孔洞上的防震滑动底盘对接完成。采用这种柔性对接方式，可以在摩天高塔顶部水平位移或地震摇晃颠动时，保证“天脐”管道自身，特别是内真空隧道的相对稳定。

二、弧圈式氦气柱囊与压缩氦气收、放盒：

由于目前所有航空、航天材料的抗拉强度，均无法抗拒38千米套管自重造成的巨大拉力。因此本发明采用了弧圈式氦气柱囊(下简称：柱囊)分段减重、提升技术和压缩氦气收、放盒(下简称：气盒)自动调节氦充气量技术。在“天脐”套管向失重高度抬升的动态过程中；和最终固定在谋个空间区段的静态过程中，气盒可随时调整不同地心引力下的氦气气压，始终维持重力平衡。通过该技术，可以有效地使每节“天脐”套管从全重力递减至零重力。可以在无动力情况下，自由抬升、悬停或下降。彻底解决了材料本身抗拉强度不足的问题。

柱囊采用具有一定弹性的高分子化纤材料制造。由两个连体半圆弧构成。每条柱囊长80米，象一件贴身保暖衣“穿”在“天脐”内、外管的管壁上。两端各留10米，用以装配倾斜旋翼组合环。

柱囊内部结构，由隔膜分为数瓣，每两瓣之间夹一个备用囊室。当某一瓣囊室遭遇破坏，备用囊立即膨起，以防整体重力失衡。套穿在管壁上的柱囊，不但能起到制衡重力的作用，同时还是“天脐”套管第一道有效的防护屏障。

由计算机遥控的压缩氦气收、放盒，是以超小型大功率精密气泵为主体的高性能自动吸气、放气装置。除了接收计算机指令外，自身还兼有气压感知功能。在特殊情况下，能立即作出应变反映。比如“天脐”套管抬升至海拔30千米高度，气囊中氦气加剧膨胀，这时气盒便会不间断地自动收气，以防柱囊爆裂。随着高度的继续攀升，到达失重状态时，氦气基本收空，贮存于气盒中。

气盒的结构设计要尽可能小巧轻便，由“天脐”套管外接电源为其提供动力。盒体设置在柱囊下方，由密封输气导管与各囊室相连。在向气囊中充气时，气泵顺时针运转；收气时逆时针运转，平时一直处于待机状态。

柱囊与气盒的完美结合，是“天脐”套管能否安全矗立于天地间的关键一环。要使套管既不会漂升、悬浮，又在材料抗拉强度之内具有必要重力，使“天脐”套管垂直挺立于空间，寻找一个恰到好处的临界平衡点至关重要。因此，必须借助于大型计算机，模拟出每节“天脐”的动态位置与静态位置的应力参数，对气盒收、放给出精准指令，才能万无一失。

三、倾斜旋翼组合环空间控制、定位：

倾斜旋翼组合环(下简称：旋翼环)借鉴当下最先进的战斗直升机倾斜旋翼技术，可在上、下、左、右180°范围内自由变向旋转。将这一技术加以开发利用，嫁接固定在“天脐”套管上，变推进动力为固定阻力。以解决“天脐”管道在无依无靠的空间环境中，随气流变化导至方位漂移的问题。只要倾斜旋翼迎风而动，随时改变浆叶的旋转速率和迎角，便可产生强大的逆反推力，有效阻止自然风力对套管空间方位的影响。

旋翼环设计分上、下两层。上小下大，构成梯椎形支架，将不同型号的倾斜旋翼固定组合为一体。上环设四个小旋翼，主要针对高空垂直气流。下环设四个大旋翼，主要针对对流层内不同层面与不同方向的大气环流。这样每组八个旋翼分别由计算机遥控，动力由“天脐”外接电源提供。视需要，旋翼可以单独，或分批次，或同时同步同向旋转。特别是在大气对流层内，所有旋翼全部启动后，所产生的逆向推力应能阻止或大大缓解十级以下大风对“天脐”管道的冲击。使其偏离角度控制在可接受的极限范围之内。为了更加稳妥，在大气环流特别活跃的空间区段，还可适当增加旋翼环的布设密度，以提高抗风能力。

旋翼环除了抗风、定位功能外，还有协助抬升和下降的功能。在特殊情况下，如某段弧圈式氦气柱囊遭遇严重损坏时，它可取而代之，起到很好的减重抬升作用，临时维持重力平衡，等待维修。另外，旋翼环的梯椎形双环结构，牢牢固定在“天脐”套管对接处的管壁上，上环固定上管，下环固定下管，可以同时起到为对接套管加固的作用，可谓一举多得。

四、由电能、喷射能双驱动的登天列车：

电能、喷射能双驱动的登天列车(下简称：列车)是本发明的核心，也是有别于航天飞机、宇宙飞船的另类新型航天器。它是以电缆为轨道依托，采用接触供电技术运行，不但速度可控，而且能够随时停车，亦可中转换乘的一种非飞行式太空运载工具。其外型犹如放大加长的电梯吊挂轿箱，其运行犹如竖行的无轮轨高速列车(或磁悬浮列车)，也是动车组，也由双车头牵引。不同于高速列车的，是采用一套由电能、喷射能双驱动、双保险的动力系统，以及高级轿车的安全气囊(放大型)保险措施。而且列车是在全封闭真空隧道中单向行驶，无空气阻力，无撞车危险，无火灾之虞。安全系数较高，运行成本低廉。

真空条件下运行的列车造型，无须流线型设计。车头采用圆柱体，可以有效增加使用空间。车头也无前后之分，转向时前端变为后端。列车车头、车箱外表面两端，各设计一组与“天脐”内管中的三条固定数字电缆相匹配对应的，自动开合式机械手扣环，与呈正三角形布设的电缆构成滑动供电组合。

载客列车车箱设计，犹如一个长长的空桶。顶端设动车电机，上行时产生上推力，下行时产生上拉力。筒状车箱中央是一圆柱状升降器。车箱下方是滑动开闭的半圆弧密封车门。乘客经过沐浴、消毒、更衣后，在无菌候车室候车时，便坐进了各自的独立包箱。包箱分高、中、低三档，高档双人，中档四人、低档八人。八人乘坐的普通客运包箱，坐椅是相互紧靠的一周圈椅，只留有一个比车箱中心圆柱升降器稍宽的半径人行过道。当包箱通过候车室地面的电动轨道，鱼贯送入列车车箱时，这一半径过道正好插入车箱中心圆柱。此刻，升降器自动启动，将独立包箱层层提升，叠加到位。每个车箱可装载6-8层独立包箱。采用多层重叠式独立包箱载客，主要便于乘客不出包箱，就可在太空中的过渡舱内顺利完成转换过渡。

乘客独立包箱被一一叠入列车车箱后，滑动车门密封关闭。列车由站台上的列车专用电梯送入U型通道水池中，与空气隔绝，然后从U型水池的另一端提出水面，进入固定真空启动隧道。由于整个列车车体均敷以防水涂层。所以密封的列车犹如出水芙蓉，不沾一滴水珠。U型水池中的水，具有强效灭菌功能，不但永远不会腐败，还可将车体表面的细菌彻底杀灭，以免带入太空。

列车是在通天塔内“天脐”管道尾部——固定真空隧道中启动。由于采用了喷射、机动双动力以及各车箱分段助推，马力大，启动稳，加速度渐进。因此震动和噪声不会对车中乘客和塔顶“天脐”真空隧道造成太大影响。经过数百米的升空加速后，列车冲出通天塔，进入“天脐”隧道时，已达均速运动，可以确保真空管道安全(如果所建通天塔高度，不足以满足列车启动所需距离，或者现有列车启动技术对通天塔塔体建筑可能造成不良影响，那么可将密封U型水池站台向地下延伸，变为地下车站，加长列车启动距离)。

除“天脐”隧道安全外，登天列车自身的安全更是至关重要，考虑到万无一失，本发明为列车安全，预设了如下方案：

(一)在有重力的大气层内：

①如果数字电缆出现故障——可立即启用第三条备份电缆；②如果中途停电——备用发电机组自动开启；③如果列车出现发动机机械故障——喷射系统取而代之，继续前行；④如果万一列车各系统全部失灵——预设在列车两端车头上的巨型氦气安全气囊迅即弹出，可膨胀至紧紧贴住“天脐”内管隧道管壁，产生一定的阻尼效应和减重作用，使车速放缓，慢慢滑入U型水池中，由地面人员实施救助；⑤如果需要中途紧急刹车——预设在车箱周边的众多氦气安全气囊全部膨起，将列车最终卡挤在隧道中，等待救援。

(二)在失重状态的太空中：

①防止太空垃圾、流星雨碎片的撞击尤为重要。所以要在太空站、中转站和通天塔总调度室之间，建立一套完整有效的预警系统，提前预告侵袭方位，指令列车加速、减速甚至停车，主动廻避碎片轨迹，以化解风险；②如果列车在太空因故障停车，则利用上、下行的另一条线路迅速前往营救。③自中转站或空间站定期发射电子眼微型卫星，围绕太空数字电缆螺旋升降，监视观察列车运行状况，为总调室提供必要的数据和图象；④在列车车头上设置激光枪，及时击毁不期而至的弹头或撞击物。

五、太空数字电缆的布设、运输与提升：

综上所述四项技术，只不过阐述了登天列车上行的试验管道与近地中转站的对接联通和登天列车如何摆脱地心引力，进入失重状态的一些技术措施。仅仅是“天脐”技术迈出的第一步。而从近地中转站向远地空间站进发，还有十倍于它的路程要走。本发明为了节约用材，缩短建造周期，舍弃了继续将“天脐”套管向太空延伸，直达远地空间站的设计构想。采用了太空数字电缆输送登天列车的方案：将构成正三角形的三条太空数字电缆线路，由小火箭推进的卫星定位升降平台，从近地中转站出发，向海拔400千米太空抬升，与远地空间站对接。登天列车则在冲出“天脐”内管隧道后，依靠车体上的开合式机械手扣环，继续以接触供电方式沿太空数字电缆行驶。

在上行的“天脐”试验通道竣工后，经过通车试运行的实践检验和可行性论证后，再开通另一条下行的“天脐”隧道。至此，便可开始三条太空数字电缆的登天布设施工。

本发明对太空数字电缆的技术要求，主要是能耐受太空高低温差的剧烈变化，至于抗拉强度则次之。就目前的科技水平而言，虽然可以将电缆线设计制造得具有较强抗拉强度，但也无法承受近40千米长度自重力的牵拉。因此本发明采用了由登天列车车头牵引，动车组车箱分段承重提拉的方法抬升电缆。在电缆本身抗拉强度范围内，每隔数百甚至上千米处，牢牢固定“捆绑”于一节车箱上，与车头同步向上提拉。一段升空后，另一车箱瞬间同步跟进。这样，只需几十节车箱便可将太空数字电缆拉升至中转站上的登天列车回转舱。在这里，车头与小火箭推进的卫星定位升降平台自动交接。车头与电缆“松绑”脱离。接力后的升降平台，继续向太空稳步抬升。而在停车回转舱内，车头打开机械手扣环竖立平移至近旁的下行“天脐”管口，前端变为后端，向下行驶，回归地面，依次延续另一轮的提升。当跟进的动车车箱紧随其后，抵达停车回转舱时，也以同样的方法“松绑”下行。如此循环往复数十次，直至将360千米的三条电缆全部送往近地中转站。这样随送随升，最终数字电缆前端，由卫星定位升降平台与远地空间站对接，而最未端则与“天脐”内管中三条固定电缆的活动接口对接，使全线贯通。

这条长达360千米的太空数字电缆，应该是无接口的三条完整线路。为了制造如此长度的电缆，最佳方案是在通天塔地下，建一个电缆加工厂，边生产边向太空提升。但此方案投资过高，工艺难度很大(主要是生产速度与提升速度的匹配)。因此退而求其次，可在电缆运输上找寻出路，假如由电缆厂制造的电缆为1千米一辊，实际需要接连不断的3×360辊。如此庞大数字，一次性运送，只能通过长途地铁，由近百节板车珠连一起，整体启运。电缆在厂家预制完成后，前端移为后端，竖立排放在板车上。如果车头动力不足，中间可加挂数节机动板车，增加牵引能力。地铁直达通天塔下的地铁支线。一节节板车，接力将电缆运送至登天塔中央的U型水池站台。通过水池消毒后“捆绑”在车头或车箱上，同步向太空抬升。

当上行的三条太空数字电缆联通后，再完成下行线工程。至于向远地空间站输气、送水的管道，也可采用相同方法联通。但由于它们对材质的要求及对太空温差变化的适应，都相当苛刻，还有待进一步探讨。因此，在“天脐”运作初期，可采用登天列车从中转站转运的方式向远地空间站提供纯净水和压缩空气。

六、维修养护与防患未然的安全预案：

“天脐”的结构设计，准确地讲，是一种半固定、半悬浮状态的空中柔性建筑。较之砖石、钢混结构的地面建筑要脆弱很多。对它的维修保养应倍加重视，才能确保其安全正常运营。因此在软件方面，要构建一个精准的预警网络；在硬件方面，要建立一个高效迅速的应变处置体系。

具体操作可分为管外、管内两大部分。管外部分又可分五段实施：第一段，密封通道U型水池站台，可采用潜水作业的方法，进行养护维修；第二段，为通天塔内的“天脐”尾部，也就是登天列车固定启动隧道。可利用列车专用电梯升降台实施检修作业；第三段，为通天塔顶以上至高空30千米以下部分，也是“天脐”的最险要区段。采用可悬停于空间的大型护航、检修飞艇作业；第四段，为30千米以上至中转站部分，采用站上的“太空人”出舱作业；第五段，自中转站至空间站，太空数字电缆部分，采用太空维修缆车作业。至于管内部分，均采用“蜘蛛人”沿备用电缆，完成一切维护，捡修任务。

除了“天脐”自身可能出现的故障，外部环境的影响也不可小视。所以准确的灾害预报就显得格外重要。特别是十级以上大风，五级以上地震，战争风险的来临……。这一切，除了采取人工干预天气；创造适宜的小气候；加强防空防御体系等积极的应对措施外，最终能够摆脱困境的方法只有“走为上”：在得到危险警报时，果断实施“断尾求生”策略。首先指令所有登天列车回归地面车库。然后在近地中转站上，断开太空数字电缆与“天脐”内管中固定电缆的活动接口，将其插入“天脐”真空隧道中，保护起来；另在地面通天塔顶，切断所有管、线，封闭真空管口，与通天塔分离。改由数架大型护航检修飞艇，为“天脐”管、线供电、护航。在中转站总体导引，倾斜旋翼、氦气柱囊及其氦气收、放盒全力协同配合下，沿太空数字电缆向远地空间站方位抬升。三条保护在“天脐”管内的太空数字电缆末端，则随整体抬升，向管道中延伸，抬升越高，收起部分越长。直至“天脐”套管完全脱离危险区段，方停止抬升。静待警报解除，整体回归原位。

脆弱的“天脐”管道，对于不可预知、无法抗拒的天灾人祸，是很难逃脱毁坏命运的。例如毫无先兆的大地震、突发龙卷风、骤变的暴雨暴雪，以及先发制人的导弹袭击等。即使在这种极端情况下，被破坏的“天脐”管道对它下面的通天塔、太空漫游城周边的建筑物和居民人身安全，也不会构成致命威胁。因损毁残段上的氦气柱囊不可能全被损坏，在剧烈震动发生的瞬间，氦气盒会自动感应，立即开启，使残留气囊充份膨胀。这样，“天脐”管残段，不会倾刻倒下，砸向地面。而是升向高空，或悬停半空，或缓慢下降。迅速坠地的不过是碎屑残片，难以酿成大害。

38千米长的“天脐”套管，毁损部分终归是其中一小段或几小段，这对灾后重建提供了可能。重建仍采用初建时的技术方案。将遭到破坏的“天脐”套管残段清理回收后，再从通天塔顶将新的“天脐”套管一节节抬升。升至受损部位时，由维修飞艇运载一台数控套管对接机，实施断处对接修复。

全天候暴露在空间环境中的“天脐”管、线更易老化。使用寿命不可能很长，需要定期更新。它的拆除，可以不采用爆破等传统的破坏性拆除方法，而采用完整回收的办法：即仍旧利用卫星定位升降平台，将“天脐”套管诸节下落，依次拆解。处于“天脐”管道上端的旋翼和气盒，在待机状态十余年后，被重新激活。随下降高度的变化继续调整重力平衡和方位固定，令其安全垂直降落。到达通天塔总装车间后，从原套管对接处拆解切断，回收再利用。

七、可行性探讨及综合效益评估：

本发明是建立在现有航空、航天尖端科技基础上的一种全新创意。在它所涉及的广泛技术领域里，都是其本专业科研人员已知的，可预见的，且具广阔创新空间的技术。不存在无法逾越的科技障碍。

在超大型计算机模拟实验的基础上，进一步展开一系列可行性试验。这方面，本发明具有得天独厚的可操作性。与其它航天、航空飞行器不同，它的基础技术验证，可以完全基于地面进行。以“天脐”套管为例：按比例将其缩小后，首先可进行严格的风洞试验，进而进行1∶1自然环境下的重力平衡、抬升、悬停和下降实验。还可在高层建筑的顶端进行半固定、半悬浮实验。最重要的是接受各种天气条件，不同强度风力的破坏性实验，作出严谨科学的可行性论证。特别值得一提的是“断尾求生”技术。若在地面复杂多变的气候条件下，这一技术能经得起严格考验，那么在失重状态下的近地中转站和太空环境中实施起来，会变得格外顺畅。此项以柔克刚的技术措施，对先天“脆弱”的“天脐”能否从容不迫地面对风险，灵活机动地规避险情，具有非常重要的意义。从某种意义上讲，在地面进行的“断尾求生”实验，可谓关乎本发明由创意变为现实的一项成败之举。

对于本发明的可行性探讨，主要障碍不在于技术，而在于理念与体制。由于国人思想的全面解放，创新意识的空前提高，科学理念的深入人心，都为新事物的出现创造了良好的意识前题。加之我国社会制度的优越性，可以集中人力、物力、财力办大事。在市场经济运作模式日益成熟的今天，倾国家与民间之全力，让“天脐”屹立于世界的东方，是完全可行的。

在全球化大背景下，对本发明加以考量，可以预见：当今世界，率先掌握了非飞行式登天技术的国家，将成为全球化进程的领跑者。因为它把世界各国的地缘距离进一步拉近了；它将太空探索进一步整合了；它把欠发达国家的航天梦唤醒了；它必将为人类真正的和平利用太空，贡献出自己的智慧与力量。

谈到综合效益，简言之：太空漫游城的开发建设，应该能够成为全球瞩目的旅游圣地和顶尖科研中心。不但蕴含无限商机，可以拉动国民经济的发展，还可使我国从一个航天大国，迅速步入航天强国之列。其最大效益，莫过于极大地振奋民族精神。

对方方面面的综合效益评估，这里不一一赘述。仅以电力能源直接输向太空为例，便是一项具有深远意义的巨大突破。其社会效益与经济效益无论如何评价都不为过。因为它的实现，不仅能将地球上的电力直接输向太空，还有望把月球上氦3所发的电输回地球。不必长途运送氦3原料，便可“就月取材”，造福人类。

八、“天脐”技术的未来开拓与展望：

“天脐”创意的实现，必将拉动多学科的技术发展。在可预见的未来，至少有如下几点：

(一)一种全新的边缘学科——“柔性建筑”理论，将应运而生；

(二)为古老的飞艇技术迎来二度青春，可在建筑、桥梁、道路、运输等不同领域大显身手；

(三)为直升机制造业向更高层次的发展以及广阔市场的开拓，提供技术、研发支撑平台；

(四)方便快捷地释放太空吸尘器，清除太空垃圾，捕捉报废卫星，将散落于太空的贵重金属回收再利用；

(五)运载压缩臭氧上天，填补遭到人类破坏的臭氧层空洞，防止日渐增加的太阳辐射；

(六)收集多余的大气保温气体，或将其逐出大气层外，逐步减缓温室效应导致的地球变暖；

(七)改变传统的卫星发射方式，实现由太空组装，由太空释放，大大降低发射成本；

(八)在空间站组装巨型太空望远镜，更有效地探索深度空间，寻觅类地行星；

(九)与分布全球各地的静止轨道空间站实现同步联通，构建环球太空交通网络。为所有绕地空间站提供后勤补给和接送宇航员；

(十)有望实现廉价便捷的地、月往返。

Claims (9)

1.一种从地面直达太空的地空隧道——“天脐”的建造方法，其特征在于：

(1)选择中纬度，高海拔，远离地震带，且常年大气环流相对平稳的地段，建造一座通天塔；

(2)向通天塔正上方，近地空间(失重高度)发射一颗静止轨道中转站基础构件；再向远地太空发射另一颗同步空间站基础构件。两构件均为六面体，在各方位预设若干对接口，作为两站各自扩建时的全方位对接、扩展舱口使用；

(3)在静止轨道中转站与地面通天塔之间，联通对接一条各自独立的双筒套管。外部是具有防护、保温功能的供水、供气、供电管；内部是设置有三条固定数字电缆线路的真空隧道客、货运输管。在内、外管上，各套穿弧圈式氦气柱囊；在外管上、下对接处，箍以倾斜旋翼组合环；

(4)自近地中转站至远地同步空间站之间，联通对接三条能耐受太空高低温差的“太空数字电缆”(暂定名)，与真空隧道内管中的固定电缆活动接口连为一体，使上、下两站与通天塔垂直衔接，同步绕地运行；

(5)在“天脐”内层真空隧道中，开通一组由电能、喷射能双驱动的动车组登天列车，自通天塔中央的固定真空隧道启动，采用滑动供电方式沿太空数字电缆运行；

(6)所述(1)(2)(3)(4)(5)各项特征，具体体现了“天脐”技术的基本构建模式，是以管、线联通为基本架构，半固定、半悬浮于空间，刚柔相济的柔性结构组合体。这一建造模式，开创了一种“柔性建筑”新概念。为人类采用非飞行式方法向空中拓展，向太空进发，提供了理论依据和实践模型。

2.根据权利要求1所述，“天脐”的建造方法，所述特征(3)中，所述“天脐”内、外管各自套穿一层弧圈式氦气柱囊，其特征是：通过氦气柱囊的抬升力，减轻“天脐”套管重量，克服地心引力所致，套管自重造成的材料抗拉强度不足的问题。所述弧圈式氦气柱囊，由高分子化纤材料制造，以两个连体半圆弧构成。内部呈分瓣式充气结构，在瓣与瓣之间还夹一个备用囊室，以防不测。在其下方，设置氦气收、放盒，自动控制柱囊中的氦气气压。

3.根据权利要求1所述，“天脐”的建造方法，所述特征(3)中，所述“天脐”外管对接处，箍以倾斜旋翼组合环，其特征是：由上小下大的梯椎形支架，将不同型号的倾斜旋翼组合固定为一体，箍在两节“天脐”套管对接处。上环设一组小旋翼，下环设一组大旋翼。通过计算机遥控，随时改变桨叶的旋转速率及迎角，有效阻止大气环流对套管空间方位的影响。将半固定，半悬浮于空间的“天脐”套管偏离角度，控制在可接受的极限范围之内。

4.根据权利要求1所述，“天脐”的建造方法，所述特征(1)(2)(3)中，所述“天脐”套管自通天塔至近地中转站的联通对接，其特征是：在通天塔内的总装车间，将“天脐”套管一节节对接好，由小火箭推进的卫星定位升降平台，逐节向中转站抬升，完成“天脐”套管在通天塔与近地中转站之间的联通对接。

5.根据权利要求1所述，“天脐”的建造方法，所述特征(2)(4)(5)中，所述中转站与空间站之间的太空数字电缆对接联通，其特征是：先由登天列车车头牵引，动车车箱分段承重，在太空数字电缆本身的抗拉强度范围内，每隔一段距离，将电缆“捆绑”在一节车箱上，不间断地采用车箱接力方式向中转站抬升。另由卫星定位升降平台，承接由登天列车车头提升至中转站的太空数字电缆始端，接力前进，向远地空间站抬升。直至最后一节车箱将电缆终端全部送抵中转站，实现太空数字电缆在两站间的联通对接。

6.根据权利要求1“天脐”的建造方法，所述特征(4)和权利要求2所述，套穿在“天脐”内、外管上的弧圈式氦气柱囊下方，设置的氦气收、放盒，其特征是：以超小型，大功率精密气泵为主体的氦气收、放装置。通过计算机遥控和自身感应功能，随时调节柱囊气压大小，实现人工干预和有效控制地心引力的目的，以达到动态与静态不同状况下的“天脐”套管重力适度平衡。

7.根据权利要求1所述，“天脐”的建造方法，其特征(3)(5)中，所述由电能、喷射能双驱动的登天列车，其特征是：所述列车外观造型为圆柱体，长桶状，车头无前后之分。客运列车车箱上端为动车电机，下端是滑动开闭的半圆弧密封车门，中央是贯通整个车箱的柱状升降器，可将送入车门的一个个独立乘客包箱，依次提升叠加，安置到位。载客车箱，采用重叠式独立包箱结构，便于乘客不出包箱，就可在太空中的过渡舱内，顺利完成转换、过渡。

8.根据权利要求1所述“天脐”的建造方法，所述特征(1)(3)(5)中，所述登天列车是在地面通天塔内的固定真空隧道中启动，其特征是：通过车站列车专用电梯，垂直将列车送入密封通道U型水池中，与空气隔绝，经水池中高效灭菌水消毒后，从U型水池另一端浮出水面，进入真空启动隧道。

9.根据权利要求1所述“天脐”的建造方法，所述特征(1)(2)(3)(4)(5)(6)所述，“天脐”整体建筑是刚柔相济的柔性结构组合，其特征是：半固定、半悬浮于空间。其优势在于具有一定的机动性；其劣势是抗灾能力较弱。因此在软件方面，要构建一个精准的预警网络；在硬件方面，要建立一个高效迅速的应变处置体系。在得到危险警报时，果断实施“断尾求生”策略：首先指令所有登天列车回归地面。然后在近地中转站上，断开太空数字电缆与“天脐”内管隧道中固定电缆的活动接口，将其插入“天脐”真空隧道中，保护起来；另在地面通天塔顶，切断所有管、线，封闭真空管口，与通天塔分离。改由数架大型护航检修飞艇，为“天脐”管、线供电、护航。在中转站总体导引，倾斜旋翼、氦气柱囊及其氦气收、放盒全力协同配合下，沿太空数字电缆向远地空间站方位抬升。三条保护在“天脐”管内的太空数字电缆末端，则随整体抬升，向管道中延伸。抬升越高，收起部分越长。直至“天脐”套管完全脱离危险区段，方停止抬升。待警报解除，整体回归原位。