用于月球电磁发射的张拉整体塔最小质量设计
加速器物理
2021-06-23 v1 应用物理
摘要
月球探测已为我们提供关于其丰富资源的信息，这些资源可用作绕月资源库中的月球衍生商品。为降低发射器将这些商品从月球表面送至空间资源库的能量需求，本文探索电磁加速原理的应用，并评估发射器安装的实际技术特性，以确保将质量 1,500 kg 的有效载荷加速至 2,200 m/s（环月轨道速度）。为满足电磁发射器在强度要求下的轻量化（更少材料与更少能量）支撑结构，我们发展并应用了无整体屈曲的张拉整体结构最小质量原理来支撑电磁加速装置。因此，本文提出并发展了一种最小质量电磁张拉整体月球发射器。我们首先阐述发射器与有效载荷的力学机理、有效载荷如何加速至特定速度，以及有效载荷载体如何回收用于再次发射。随后，详细讨论月球发射系统、推进流程、发射筒所需质量与能量。给出了含重力且无整体屈曲的张拉整体最小质量设计算法的控制方程。最后，通过案例研究展示可行的结构设计、所需质量与能量。本文所发展的原理亦适用于火箭发射系统、太空电梯、空间列车运输、星际有效载荷包递送等。
引用
@article{arxiv.2106.11443,
title = {Minimal mass design of a tensegrity tower for lunar electromagnetic launching},
author = {Xiaowen Su and Muhao Chen and Manoranjan Majji and Robert E. Skelton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.11443},
year = {2021}
}