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在青藏高原建设SSTO空天飞行器发射场的可行性分析

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青藏高原作为“地球第三极”,自然气候条件不适宜人类大规模经济活动,其中藏北高原可可西里地区平均海拔5000米以上,贫瘠的地表只能支撑稀少的高原动植物。
但在人类未来的大航天时代,青藏高原的高海拔可能是个优势。本帖探讨利用青藏高原建设大型SSTO空天飞行器发射场的可行性。




IP属地:广东1楼2024-05-03 20:58回复
    二楼自用


    IP属地:广东2楼2024-05-03 20:58
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      2025-12-31 03:55:45
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      本帖仅选取当前研究比较深入、可行性较高的“腾云工程”作为典型代表。
      腾云工程的母机是600吨级(近期的方案似乎已缩减到200吨级)的高超音速临近空间超大型飞行器,采用大三角翼气动布局以便使用7马赫的高超音速。但大三角翼在中低速下提供的升力有限,所以如果紧靠自身发动机加速起飞,哪怕是变循环发动机也会消耗大量的燃料、极大低减少入轨能力。因此当前倾向于采用电磁轨道加速,将腾云母机在电磁轨道上直接加速到超音速(亚燃冲压发动机的经济工作速度起点)、省去涡扇发动机的结构死重,再持续启动超燃冲压发动机,将母机加速到10马赫、35公里高度,然后子母机分离。由于在低海拔地区的稠密大气里超音速飞行飞行意味着极高的阻力:即使用电磁轨道将母机加速到3马赫再起飞、在母机高度未离开稠密大气层之前也会消耗腾云母机大量的燃料。例如Tu-160战略轰炸机的爬升速率是70米/秒,即使腾云母机爬升速率高达100米/秒,那么从低海拔空天机场起飞爬升到5000米高度也需要500秒,这将消耗大量燃料。


      IP属地:广东3楼2024-05-03 21:01
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        因此,空天机场的理想场地应该是:尽量高海拔、以便减小爬升段空气阻力对燃料的消耗。例如,5000米海拔的空气密度只有海平面的56%、7000米海拔的空气阻力是海平面的44%。

        由于在一定速度下空气密度与空气阻力成正比例关系,因此5000米海拔的风阻也只有海平面的56%、7000米海拔风阻只有海平面的44%。可见如果在5000米高原弹射起飞,当母机离开电磁轨道后能节省0~5000米这段(在稠密大气中爬升带来的)阻力消耗的燃料。
        此外,考虑到电磁轨道的功率不可能无限大,以同样600吨级的A380为例,起飞加速度为2.5m/s²,那么将腾云母机加速到亚燃冲压发动机经济工作的速度(假设500米/秒)需要200秒,也就是需要50km长的轨道,实际上空客A380起飞速度只有低亚音速,随着速度上升到超音速后哪怕是在高原阻力也会急剧加大,因此考虑电磁轨道功率逐渐加大等等因素相抵消后,建设30km长度的电磁轨道是可行性较高的目标。再考虑到离开电磁轨道周边如果有山脉,那么需要尽快爬升2000米以便高出山脉,按100米/秒的爬升速率,至少需要爬升20秒,根据匀加速计算公式至少电磁弹射轨道尽头到山脉顶峰需要21千米长的净空距离。因此空天机场如果建设在山脊上,至少需要连续30km的长度;如果建设在平整高原上,那么需要50km长度的足够广阔平坦地面。


        IP属地:广东4楼2024-05-03 21:02
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          既然我们拥有整个青藏高原200多万平方千米这么丰富的高海拔资源,那么按说是越高海拔越好,但前面已说明还要有连续30~50km以上的长度、以便修建足够长的电磁轨道。
          青藏高原“有较长距离尺度且海拔6000米以上”的地区只有喜马拉雅山和西北段的昆仑山,但实际上这两处区域基本上都接近山顶,而山顶气流十分复杂,并不适合建造空天机场:其中被大家寄予厚望的喜马拉雅山6000米以上是岛状不连续的山头、而且大多被冰川覆盖,建造平整的30km长度的电磁轨道是几乎不可能的,而昆仑山西北段的昆仑女神峰附近是地球上仅有的30km以上的连片6000米区域,但放大后可以看到这里全是高低不平弯弯曲曲的山脊,无法建造30km长度的平整电磁轨道。

          综上考虑,青藏高原上不存在连续30公里长的平直山脊,腾云母机的电磁轨道应该退而求次选择海拔5000米的大尺度(50公里量级)平坦地区。那么接下来的重点是在青藏高原上寻找海拔5000米左右、在50公里长度范围内地面较平坦的区域。


          IP属地:广东5楼2024-05-03 21:03
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            综上考虑,青藏高原上不存在连续30公里长的平直山脊,腾云母机的电磁轨道应该退而求次选择海拔5000米的大尺度(50公里量级)平坦地区。那么接下来的重点是在青藏高原上寻找海拔5000米左右、在50公里长度范围内地面较平坦的区域。

            (正式名称叫“羊湖”的湖泊在可可西里,网上有的人把羊卓雍错简称为“羊湖”是不规范的、容易使人混淆)


            IP属地:广东6楼2024-05-03 21:04
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              ①阿克赛钦地区的倒腾格湖
              大比例尺地形图可以看到,倒腾格湖周边平均海拔5200米,坡度在1%以内的面积尺度有50km×25km的规模,是相当理想的超长电磁弹射轨道建设地点。唯一缺憾是倒腾格湖过于接近边境,距离我国的克什米尔国界仅60千米左右。

              以上箭头方向可以作为电磁弹射轨道的路径。


              IP属地:广东7楼2024-05-03 21:05
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                ②可可西里的羊湖盆地
                大比例尺地形图可以看到,羊湖盆地周边海拔略低,平均约4900米,坡度在1%以内的整块面积尺度有60×5km。

                以上箭头方向可以作为电磁弹射轨道的路径。


                IP属地:广东8楼2024-05-03 21:05
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                  2025-12-31 03:49:45
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                  结论:
                  倒腾格湖周边虽然海拔相对更高,爬升阶段空气阻力比羊湖盆地低5%,但过于靠近边境线。
                  综合来看羊湖盆地是建设腾云空天飞机电磁轨道的良好地点。


                  IP属地:广东9楼2024-05-03 21:06
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                    顶一下


                    IP属地:四川来自Android客户端10楼2024-05-03 21:06
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                      航天发射有这么一个套路:在低海拔区间,要尽量减少加速时间和末速度,以便减小最大动压,降低重力冲量对DV的消耗。因此水平发射段能够提供的DV并不很大。导致腾云工程之类的发射方式,无法大规模降低火箭重量,只能用于轻小载荷低成本快速发射。


                      IP属地:河北来自Android客户端11楼2024-05-03 21:23
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                        航天发射有这么一个套路:在低海拔区间,要尽量减少加速时间和末速度,以便减小最大动压,降低重力冲量对DV的消耗。因此水平发射段能够提供的DV并不很大。导致腾云工程之类的发射方式,无法大规模降低火箭重量,只能用于轻小载荷低成本快速发射。


                        IP属地:河北来自Android客户端12楼2024-05-03 21:23
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                          5000米海拔搞大规模基础设施太难了,而且不适合人类长时间居住,而且我觉得空天飞机降落和发射应该要在一起比较方便,5000米海拔的机场也不适合降落。个人觉得如果高海拔有优势的话那建在3000米左右的高原比较合适,轨道顶端可以搞到5000左右


                          IP属地:山东来自iPhone客户端13楼2024-05-03 21:40
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                            6楼漏了一段,影响吧友阅读,我重新贴一下:
                            综上考虑,青藏高原上不存在连续30公里长的平直山脊,腾云母机的电磁轨道应该退而求次选择海拔5000米的大尺度(50公里量级)平坦地区。那么接下来的重点是在青藏高原上寻找海拔5000米左右、在50公里长度范围内地面较平坦的区域。
                            在地形图软件上设定海拔4600米下限,可以看到具有足够平坦的、尺度足够大的区域,青藏高原上只有两处:阿克赛钦地区的倒腾格湖,可可西里的羊湖盆地。

                            (正式名称叫“羊湖”的湖泊在可可西里、这里有藏羚羊生活有足够的资格成为羊湖,网上有的人把羊卓雍错简称为“羊湖”是不规范的、容易使人混淆)


                            IP属地:广东14楼2024-05-03 22:39
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                              2025-12-31 03:43:45
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                              3楼也被百度删除了,补贴一下:
                              本帖仅选取当前研究比较深入、可行性较高的“腾云工程”作为典型代表。
                              腾云工程的母机是600吨级(近期的方案似乎已缩减到200吨级)的高超音速临近空间超大型飞行器,采用大三角翼气动布局以便达到7~10马赫的高超音速。但大三角翼在中低速下提供的升力有限,所以如果紧靠自身发动机加速起飞,哪怕是变循环发动机也会消耗大量的燃料、极大低减少入轨能力。因此当前倾向于采用电磁轨道加速,将腾云母机在电磁轨道上直接加速到超音速(亚燃冲压发动机的经济工作速度起点)、省去涡扇发动机的结构死重,再持续启动超燃冲压发动机,将母机加速到10马赫、35公里高度,然后子母机分离。
                              由于在低海拔地区的稠密大气里超音速飞行飞行意味着极高的阻力:即使用电磁轨道将母机加速到3马赫再起飞、在母机高度未离开稠密大气层之前也会消耗腾云母机大量的燃料。例如Tu-160战略轰炸机的爬升速率是70米/秒,即使腾云母机爬升速率高达100米/秒,那么从低海拔空天机场起飞爬升到5000米高度也需要50秒,这将消耗大量燃料。


                              IP属地:广东15楼2024-05-03 22:59
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