CN105383677A - 长效真空舱卫星 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种长效真空卫星，更具体的说是一种以真空仓为浮力装置，可以长时间漂浮在大气层中的飞行装置。真空飞艇并非一个新鲜理论，但是至今为止世界上还没有一台真空飞艇。因为当今材料科技无法支撑在地面上制造出一个能够承受大气压的真空舱。本发明利用地球大气层海拔越高，气压越低的特征将真空舱升至高空后再进行抽真空操作。利用高空中大气压较低，气压差不足以损毁真空舱的特性使飞行器能够长期漂浮在大气层中，从而替代人造卫星的某些工作。

Description

长效真空舱卫星

技术领域

本发明涉及到一种可长期漂浮在大气层中的飞行装置，确切的说是一种利用硬壳真空舱结构，让人造卫星长时间漂浮在大气中的装置。

背景技术

真空飞艇并不是一个新鲜理论，在若干年前就有人提出利用真空结构建造一个飞艇。但是时至今日，哪怕当今最好的材料也无法满足在地面上制造一个能够承受大气压的真空飞艇。因此，一旦有人说要制造一个真空飞艇，换来的只能是嘲笑。事实上当今科技确实无法制造可重复利用的“真空飞艇”，但是如果通过特殊的发射技术制造一个一次性的“真空飞行器”还是可以做到的。

随着科技发展，人类对卫星的需求越来越多，传统人造卫星必须通过运载火箭进行发射，发射成本高昂，而且容易发生事故。当今各国都在研究用飞艇部分替代人造卫星的功能，但是因为飞艇气囊内必须充入氢气(易燃易爆)或是氦气(不可再生，补充困难)，所以用飞艇替代人造卫星还只是空中楼阁。但是一旦出现一种能够长时间漂浮在平流层以上的飞行器来替代人造卫星，势必能够为整个人类社会带来巨大的改变！

发明内容

本发明介绍了一种能够长期工作在大气层中的廉价飞行装置(漂浮装置)，他的制造成本低，发射方式简单，功能与大多数人造卫星相当。

最初，我在网络上看到“真空飞艇”这个概念的时候也觉得这个想法很可笑。因为大气压在地面上足以把碳纤维外壳制造的飞艇挤压垮。

后来，我想能不能先将飞艇充入氢气，待飞艇升入高空之后再抽真空呢？在网络上与人讨论后，有人说你的真空飞艇如果返回地面，依然会被大气压摧毁。

之后看到一篇关于用飞艇在战争时期替代人造卫星的文章之后，我想到如果真空飞艇不需要返回地面呢？如果不需要返回地面，发射一个廉价的，一次性的飞艇卫星还是很容易做到的。

不能往返空中与地面的飞行器已经不能称之为飞艇了，那么这种利用密封舱(气囊)为浮力装置的人造卫星可以称之为“长效真空舱卫星”。

长效真空舱卫星建造及发射方法如下：

长效真空舱卫星主要由以下几部分组成：

密封舱(真空舱)1、排气口2、真空泵3、能源供应系统4、货舱5、悬吊系统6、监测系统组成7、控制系统8、自动修复系统9。文中，密封舱既是真空舱，密封舱是他的结构，真空舱是他的功能。

首先是建造方案。

建造一个刚性外壳的密封舱1。密封舱1的特征为具有刚性外壳或是具有一定强度的支撑结构的气囊。其主要作用为阻止密封舱(气囊)内部与外界进行气体交换，并且确保密封舱内部空间不被压缩。

在密封舱1上装有排气口2和真空泵3。

其中排气口2为一单向阀结构，主要功能是当密封舱内部气压过高时向外界排气，同时保证大气中的气体不会回流到密封舱内部。

真空泵3是一种抽气装置，其主要作用是根据需要将密封舱内的气体抽出，确保密封舱内部的气压低于密封舱外部的气压。密封舱虽然能够部分阻挡内外气体交换，但是因为当今材料科技不够成熟，造成密封舱只要内外存在压差就一定会发生气体渗漏。真空泵3可以将密封舱内部的气体排出。无论是密封舱内部原有的气体还是在大气中逐渐渗入密封舱内的气体都可以被真空泵3排出，如此可以保证整个密封舱内部长期处于准真空状态，进而确保整个“长效真空舱卫星”能够长期漂浮在大气层中。

排气口2与真空泵3可以整合为一体，也可以独立存在。排气口2与真空泵3的数量和功率可以根据密封舱1的体积和工作环境等条件决定。

长效真空舱卫星的发射方式如下：

首先，将密封舱1内部充入轻质气体，例如氢气或氦气。此时密封舱1获得一定的浮力，逐渐脱离地面开始飘升。(注：此处可以采用额外的氢气球或氦气球带动密封舱升空)

在密封舱1飘升过程中，随着海拔高度逐渐提升，外界大气压也会逐渐降低。此时可以根据密封舱1上升的速度和外界环境中大气压的变化以及密封舱1自身的强度等条件，根据需要逐渐排出密封舱1内部的气体。排出气体可以采用排气口2自动排出，也可以采用真空泵3强制排出，或是混合使用两种方式进行排出。

密封舱1排气时要注意，密封舱1设计时会有一参数称之为密封舱压差极限数值。所谓密封舱压差极限数值是指密封舱内部处于真空环境下，外部所能承受的最大气压的数值。当密封舱内部真空时，如果外部大气压超过密封舱压差极限，整个密封舱就有可能被大气压压迫变形甚至损毁。同时，如果密封舱内部气压超过外部气压一定范围，整个密封舱会出现爆裂现象。因此，上述两组数值即为密封舱压差极限数值。

在密封舱上升过程中，通过排气口2和真空泵3控制密封舱内部气压和密封舱外部气压的变动幅度不超过密封舱压差极限，防止密封舱被气压的变化损毁。

当密封舱1内部气体部分排出或完全排出后，整个“长效真空舱卫星”就能稳定漂浮在大气层中了。

接下来真空泵3定期或实时将渗入密封舱1内的气体排出，只要不遇到意外的情况，“长效真空舱卫星”就能长期漂浮在大气层中进行工作。

如果“长效真空舱卫星”需要调整所处轨道的高度，可以将多个“长效真空舱卫星”组成一组，其中的部分真空舱内部吸纳空气提高自重，可以降低高度。排出内部气体又可以恢复高度。

长效真空舱卫星可以作为一个多功能的工作平台完成各种工作。为了能够完成各种工作，长效真空舱卫星上可搭载能源供应系统4、货舱5、悬吊系统6、监测系统7、控制系统8、自动修复系统9等部件。上述部件可以根据需要安装在密封舱内部或外部。

首先说能源供应系统4，能源是整个系统的重点之一，能源的供应方式多种多样。如果只是短期使用真空舱卫星，可以考虑采用电池供电。如果准备长期使用长效真空舱卫星，可以在密封舱1外部安装太阳能电池板(见图1)。在白昼将太阳能转化为电能储存到蓄电池中，供给长效真空舱卫星使用。如果准备将长效真空舱卫星作为浮力装置为其他设备提供浮力，可以通过电缆进行能源供应。

如果将长效真空舱卫星作为低轨太空站，可以通过在密封舱外部搭载货舱5、悬吊系统6、监测系统7、控制系统8、自动修复系统9等一系列设备。将多个密封舱1整合为一体提供足够的浮力，可以确保上述设备长期漂浮在大气中完成各种工作。

货仓5可以设置在密封舱1的内部或外部，其主要功能是装载各类货物。

悬吊系统6是密封舱1上的各种固定装置的统称。在密封舱1上预设大量固定装置，在需要时为这些固定装置上安装缆绳，利用缆绳可以悬挂各种设备。如果有必要，甚至可以利用缆绳将真空舱卫星直接与地面相连，为建造“太空电梯”做准备。

监测系统7是各种监测装置的统称。为了保证长效真空舱卫星能够长时间正常工作，监测系统7能够随时监测整个系统工作是否正常。

控制系统8可以采用智能化控制系统，利用计算机或是人工方式对整个长效真空舱卫星的各部件进行控制，无论是升空过程还是驻留在大气中，都可以通过控制系统8进行控制。同时控制系统8还能通过监测系统7的各种监测信号诊断整个长效真空舱卫星是否健康。

自动修复系统9是一种可选系统。如果希望长效真空舱卫星能够长期无人值守，可以安装自动修复系统9，利用控制系统8遥控自动修复系统9对损坏的零部件进行修复和更换。

附图说明

图1为长效真空舱卫星整体结构示意图。

附图中对应的数字是：密封舱1、排气口2、真空泵3、能源供应系统4、货舱5、悬吊系统6。附图中空心箭头表示空气渗漏方向，实心箭头表示真空泵排出空气方向。

长效真空舱卫星的外形并不固定，可以根据需要进行各种改变。长效真空舱卫星各部件的外形和数量的改变并不影响本专利的权属。

具体实施方式

实施方案1：作为人造卫星的载体。

此方案最为简单，只要将人造卫星搭载在到“长效真空舱卫星”上，就能替代近地卫星的大部分工作。此方案的优势在于传统轻质气体气球或是飞艇虽然也可以在空中短时间内替代卫星，但是因为气体渗漏问题无法解决造成飞行器气囊内的轻质气体会逐渐逸散。当轻质气体逸散后得不到补充，飞行器就会逐渐下降，无法保持自身高度。如果采用长效真空舱卫星结构，空气虽然会逐步渗入真空舱中，但是只要真空泵能够将空气排出的速度超过空气渗入的速度就能保证长效真空舱卫星内部的真空环境。保证了内部真空环境就能获得足够的浮力，继而保证飞行器长时间漂浮在大气中。

实施方案2：建造太空电梯

“太空电梯”是人类设想制造脱离地球的几种最经济的解决方案之一，利用碳纤维材料制造的高强度缆绳已经能够满足“太空电梯”拉线的需要。如果使用多个“长效真空舱卫星”拖拽缆绳，进而完成“太空电梯”的制造，人类进入太空时代将不再遥远。

Claims (8)

1.一种长效真空舱卫星，其特征为利用一个或一个以上的真空舱作为浮力装置驱动整个“长效真空舱卫星”长期漂浮在大气层中。

2.如权利要求1所述的长效真空舱卫星其特征在于将长效真空舱卫星升至高空后，利用真空泵将真空舱内的气体排空，并且将后续渗入真空舱内的气体利用真空泵抽出，确保真空舱拥有足够的浮力，使长效真空舱卫星长期驻留在高空。

3.如权利要求1所述的长效真空舱卫星可以自行升至高空，也可以由其他飞行器协助升至高空，并在升空过程中逐步排空真空舱内部的气体，通过将真空舱内部达到或接近真空环境来获得在大气层中的浮力。

4.如权利要求1所述的长效真空舱卫星的真空舱是指一个拥有刚性结构的密封舱或是拥有刚性支撑框架结构的气囊，其主要作用为阻止密封舱(气囊)内部与外界进行气体交换，并且确保密封舱内部空间不被压缩的结构。

5.如权利要求1所述的长效真空舱卫星可以利用各种能源驱动真空泵定期将渗入真空舱内的气体排出，确保长效真空舱卫星可以长期漂浮在高空，完成相应工作。

6.如权利要求1所述的长效真空舱卫星可以单独工作，也可以由多个长效真空舱卫星组合为一个整体进行工作，其主要功能是协助各种设备长期停留在高空大气层中。

7.如权利要求1所述的长效真空舱卫星可以利用高强度缆绳与地面相连，协助完成地面到高空的运输任务。

8.如权利要求1所述的长效真空舱卫星可以由密封舱1、排气口2、真空泵3、能源供应系统4、货舱5、悬吊系统6、监测系统组成7、控制系统8、自动修复系统9组成。