新型月地空間運(yùn)輸平臺(tái)概念設(shè)計(jì)

李惠峰，林振海，薛松柏

（北京航空航天大學(xué)，北京100191）

新型月地空間運(yùn)輸平臺(tái)概念設(shè)計(jì)

李惠峰，林振海，薛松柏

（北京航空航天大學(xué)，北京100191）

隨著宇航技術(shù)的不斷發(fā)展，月球探索將成為人類的重要活動(dòng)，地月之間的旅行將變得越來越頻繁.但是，目前探索月球的太空旅行費(fèi)用相當(dāng)高昂.提出了一種旨在降低地月往返運(yùn)輸成本的新型空間投射-攔截平臺(tái)概念.它是空間繩系系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和空間站系統(tǒng)概念的有機(jī)結(jié)合.利用該系統(tǒng)有望將現(xiàn)有空間探索能耗水平降低至少一個(gè)數(shù)量級(jí).闡述了這種新系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及可能遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題，并初步分析了新系統(tǒng)的可行性.

月球探索；投射-攔截平臺(tái)；月-地空間運(yùn)輸平臺(tái)

從上個(gè)世紀(jì)70年代起，人類開始探索月球，進(jìn)入新世紀(jì)，隨著全球能源和資源的緊張，以及科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，世界主要航天大國(guó)又重新燃起了對(duì)月球探索的熱情.2006年12月美國(guó)NASA重新啟動(dòng)了其探月計(jì)劃，并準(zhǔn)備在月球建立永久基地，2003年ESA（european space agency）發(fā)射了SMART-1空間探測(cè)器，并于2004年11月在月球著陸，2007年日本發(fā)射了SELENE探月衛(wèi)星，中國(guó)也于同年發(fā)射了嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星.完全可以預(yù)期，對(duì)月球的探索和開發(fā)將成為人類未來幾百年里最重要的空間探索活動(dòng)，地月之間的旅行將變得越來越頻繁.但是，目前太空旅行的費(fèi)用相當(dāng)高昂，將1kg的物體送入近地軌道的費(fèi)用為10000美元，送入地球同步軌道則需要十倍的價(jià)格，如果是送入月球軌道就需要更多費(fèi)用［1］.在阿波羅計(jì)劃中，土星五號(hào)火箭的發(fā)射重量超過3000 t，在消耗了2600 t燃料之后，僅僅將16t的有效載荷送抵了月球，最后只有6t物體返回地球.如此巨大的能量消耗對(duì)于長(zhǎng)期的星際運(yùn)輸是無法接受的.在這種情況下，利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行地月之間大量的人員和貨物往來是不現(xiàn)實(shí)的，人類必須尋找新的方法，以降低地月旅行費(fèi)用.

為此，世界各航天大國(guó)都投入大量人力物力進(jìn)行空間運(yùn)輸平臺(tái)和運(yùn)輸載具的新概念研究.長(zhǎng)期在軌的、節(jié)能高效的空間運(yùn)輸平臺(tái)成為未來發(fā)展的必然趨勢(shì).美國(guó)計(jì)劃將在2020年前開始對(duì)月球進(jìn)行工業(yè)化開發(fā)，并于2024年前在月球建設(shè)三座常設(shè)基地.為配合這一計(jì)劃美國(guó)科學(xué)家提出了大型核動(dòng)力飛船概念，通過核能的持久性和高功率，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的地月運(yùn)輸.俄羅斯科學(xué)家提出在地月之間的拉格朗日點(diǎn)修建一座大型的空間站，在這一點(diǎn)上如果航天器靠地球這一邊，便會(huì)自動(dòng)向地球靠攏，如果靠月球一邊就會(huì)向月球靠攏，而不需要額外的燃料，或者至少?gòu)倪@點(diǎn)出發(fā)會(huì)比較省燃料.

為實(shí)現(xiàn)地月之間高效旅行，本文提出了一種旨在降低地月往返成本的新型空間運(yùn)輸平臺(tái)概念，它是一種空間繩系系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和空間站系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的空間運(yùn)輸平臺(tái)系統(tǒng).利用該平臺(tái)有望將現(xiàn)有空間運(yùn)輸能耗水平降低至少一個(gè)數(shù)量級(jí).

1 月地運(yùn)輸平臺(tái)方案

如圖1所示，設(shè)想在地球中低軌道上運(yùn)行一個(gè)飛行器“投射-攔截”平臺(tái)，速度為7.9 km／s左右.當(dāng)飛行器從月球以11.2 km／s的速度返回時(shí)，通過平臺(tái)攔截并存儲(chǔ)飛行器的巨大動(dòng)能，將飛行器由第二宇宙速度減速為第一宇宙速度，一方面可以省去飛行器用來制動(dòng)所用的燃料，另一方面，儲(chǔ)存的動(dòng)能一部分還可以被轉(zhuǎn)換成飛行器飛回月球的能量.如果飛行器是從火星返回，則可以節(jié)省更多的能量.飛行器在空間平臺(tái)進(jìn)行人員、物資和能量補(bǔ)充后，再通過平臺(tái)以一定的速度和方向發(fā)射向月球或火星，可以避免由地球發(fā)射造成的巨大能量消耗.如果在月球軌道上也建立同樣的“投射-攔截”平臺(tái)，那么飛船就可以很便捷地在地月之間來回穿梭了.

空間運(yùn)輸平臺(tái)是由4個(gè)儲(chǔ)能平臺(tái)和4條100m×100m的大型桁架組成的“投射-攔截”系統(tǒng)，見圖2所示，每個(gè)儲(chǔ)能平臺(tái)上都裝有推進(jìn)裝置，用以軌道維持和姿態(tài)調(diào)整；4條桁架都可以主動(dòng)控制剛度，以便控制攔截后引起的振動(dòng).

本文設(shè)計(jì)了兩套基于不同儲(chǔ)能原理的平臺(tái)：“飛輪儲(chǔ)能＋繩系系統(tǒng)”和“超導(dǎo)儲(chǔ)能＋繩系系統(tǒng)”.飛輪儲(chǔ)能就現(xiàn)有技術(shù)水平而言更容易實(shí)現(xiàn)，但其缺點(diǎn)是飛輪的儲(chǔ)能能力有限，且以機(jī)械能形式存儲(chǔ)，在釋放能量的速度上受到限制；超導(dǎo)儲(chǔ)能被當(dāng)前學(xué)術(shù)界看作是最有前途的大型能源儲(chǔ)備方式之一，但目前只有一些初步的原理樣機(jī)投入測(cè)試.利用空間繩系系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)繩系末端與空間飛行器的交會(huì)對(duì)接［2-3］.國(guó)外很多機(jī)構(gòu)對(duì)繩系輔助交會(huì)進(jìn)行了具體的研究，目前已經(jīng)初步開展了空間試驗(yàn)［4］.本文將對(duì)兩種儲(chǔ)能形式的平臺(tái)分別進(jìn)行闡述.

2 運(yùn)輸平臺(tái)工作原理

利用空間運(yùn)輸平臺(tái)進(jìn)行飛行器投射-攔截是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，但是其工作原理是比較簡(jiǎn)單的.本節(jié)闡述利用空間平臺(tái)進(jìn)行飛行器投射-攔截的基本原理和過程.

飛輪工作的基本原理如圖3所示.

圖3 飛輪工作原理圖

飛行體以速度V1向右運(yùn)動(dòng)，左側(cè)則有一個(gè)被繩索纏繞的輪盤，繩索的一端與飛行體固定，當(dāng)輪盤以V0的速度釋放繩索時(shí)，若V0＝V1，繩索上將沒有張力.但若輪盤角速度ω略小于V1／R，那么繩索將產(chǎn)生一個(gè)微小的形變?chǔ)膞，考慮繩索的彈性系數(shù)為k，可以計(jì)算出繩索對(duì)飛行物體的拉力為F＝kδx.如果能夠控制輪盤角速度ω，就能夠控制繩索對(duì)物體的拉力，從而達(dá)到減速的目的.

現(xiàn)在將這套系統(tǒng)平移到一個(gè)空間站上，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)形成一種“投射-攔截”系統(tǒng).“投射-攔截”系統(tǒng)的工作過程可分為儲(chǔ)能過程（攔截）和釋能（投射）過程.

“飛輪儲(chǔ)能＋繩系系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案的儲(chǔ)能過程就是將飛船的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動(dòng)能和平臺(tái)動(dòng)能的過程，如圖4所示.

圖4 飛輪儲(chǔ)能過程（攔截過程）示意圖

通過把繩系飛輪和一個(gè)磁懸浮的儲(chǔ)能飛輪相連接.當(dāng)飛船被攔截時(shí)，通過調(diào)節(jié)控制器控制負(fù)載大小以及微調(diào)磁場(chǎng)強(qiáng)度和回路阻抗大小，在保證電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速的情況下，控制繩系飛輪轉(zhuǎn)速和力矩.此時(shí)超導(dǎo)電機(jī)1充當(dāng)?shù)氖前l(fā)電機(jī)角色，將飛行器的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過超導(dǎo)電機(jī)2將能量存儲(chǔ)在磁懸浮的儲(chǔ)能飛輪上（可能是一組）.儲(chǔ)能飛輪和繩系飛輪有較多不同之處，繩系飛輪采用低密度、小直徑、大寬度的設(shè)計(jì)，這樣可以降低能量的損耗，并且可以具有更高的轉(zhuǎn)速，可以纏繞更長(zhǎng)的纜繩.儲(chǔ)能飛輪采用高密度、大直徑、質(zhì)量盡量分布在邊緣［5］的設(shè)計(jì)，這樣可以在低轉(zhuǎn)速下存儲(chǔ)更多能量.該過程中，空間站和飛船之間具有以下能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：

式中，ΔEvehicle為飛行器動(dòng)能的減少量，ΔEwheel為能量存儲(chǔ)輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的增加量，ΔEplatform為能量存儲(chǔ)空間站動(dòng)能增加量，Q為其他無用能量消耗，例如產(chǎn)生的熱能和輻射.

投射是儲(chǔ)能過程的逆過程，是平臺(tái)將飛船從第一宇宙速度以6～10g的加速度按照需要的方向，通常是平臺(tái)運(yùn)行軌道近地點(diǎn)的切向方向，加速到奔月速度的過程.當(dāng)飛船被投射時(shí)，此時(shí)超導(dǎo)電機(jī)2充當(dāng)?shù)氖前l(fā)電機(jī)的角色，將儲(chǔ)能飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過超導(dǎo)電機(jī)1對(duì)繩系飛輪進(jìn)行加速，將與平臺(tái)有適當(dāng)距離（由飛行器所需的發(fā)射速度決定）的飛行器加速到發(fā)射速度.如果平臺(tái)攔截的是由地面發(fā)射的飛船，還可以直接由平臺(tái)本身的動(dòng)能，幫助飛船提升軌道.在沒有發(fā)射或攔截任務(wù)的時(shí)候，由太陽能或者小型核反應(yīng)堆發(fā)電加速儲(chǔ)能飛輪存儲(chǔ)能量，用于投射飛行器、平臺(tái)軌道保持、平臺(tái)軌道機(jī)動(dòng)和姿態(tài)修正.

“超導(dǎo)儲(chǔ)能＋繩系系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案的總體框架和“儲(chǔ)能飛輪＋繩系系統(tǒng)”基本一致，唯一不同的地方就是將存儲(chǔ)能量的方式改成超導(dǎo)儲(chǔ)能.將以機(jī)械能形式存儲(chǔ)的動(dòng)能，改變?yōu)橐噪姶拍苄问酱鎯?chǔ).所謂超導(dǎo)儲(chǔ)能（SMES）是將能量以電磁能的形式儲(chǔ)存在超導(dǎo)線圈中的一種快速、高效的儲(chǔ)能方式［6］.

超導(dǎo)儲(chǔ)能是利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來，需要時(shí)再將電磁能返回到需要的負(fù)載上.超導(dǎo)線圈中儲(chǔ)存的能量W可由下式表示：

式中，L為線圈的電感，I為線圈的電流.

超導(dǎo)線圈在通過直流電流時(shí)沒有能量損耗，因此，超導(dǎo)儲(chǔ)能采用直流系統(tǒng).它可傳輸?shù)钠骄娏髅芏缺纫话愠Ｒ?guī)線圈要高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，可以達(dá)到很高的能量密度，現(xiàn)在的水平可達(dá)為108J／m3.它與其他的儲(chǔ)能方式如蓄電池儲(chǔ)能，飛輪儲(chǔ)能相比，具有毫秒級(jí)的響應(yīng)速度、大功率、壽命長(zhǎng)及維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn).SMES難點(diǎn)就在于要保持超導(dǎo)條件的超低溫環(huán)境，在地面可能代價(jià)較高，但是在太空中，這種超低溫條件尤其對(duì)于高溫超導(dǎo)是很容易滿足的.系統(tǒng)的簡(jiǎn)要工作原理如圖5所示.

圖5 超導(dǎo)儲(chǔ)能＋繩系系統(tǒng)示意圖

和“飛輪儲(chǔ)能＋繩系系統(tǒng)”相同，該系統(tǒng)同樣采用繩系系統(tǒng)和超導(dǎo)電機(jī)作為攔截和投射的直接動(dòng)作系統(tǒng).在攔截時(shí)，由繩系飛輪拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，將飛船的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)到SMES組中.通過控制器調(diào)節(jié)電機(jī)負(fù)載從而調(diào)節(jié)繩系飛輪力矩，控制繩系張力，進(jìn)行飛船減速.投射過程是上述過程的逆過程.SMES在平時(shí)可由太陽能陣列或者核反應(yīng)堆提供能量，以便投射時(shí)使用.

3 運(yùn)輸平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)分析

基于以上對(duì)空間運(yùn)輸平臺(tái)基本概念和工作過程的闡述，下面分析建立該平臺(tái)所能帶來的好處.

3.1 大量減少能源消耗

利用這套地月運(yùn)輸系統(tǒng)，能夠避免在深空或星際探索飛行器發(fā)射回收過程中克服地球引力、返回過程減速、月球軌道減速以及克服月球引力等方面的大量能量消耗，僅僅需要飛行器軌道修正和往返飛行的能量消耗，這種能量消耗相比較于其他過程的能量消耗要小的多，初步理論估算這套系統(tǒng)的能耗水平有可能降低到目前能耗的1%以下.

3.2 飛行器的重復(fù)利用

空間運(yùn)輸平臺(tái)運(yùn)行在地球低軌道，執(zhí)行貨物運(yùn)輸和星際探索任務(wù)的飛船與傳統(tǒng)的返回式飛船和航天飛機(jī)相比，具有根本上的區(qū)別，只需在該平臺(tái)上進(jìn)行能源補(bǔ)給，而不需要再入大氣層返回地面，因此飛船不會(huì)受到大氣燒蝕作用的影響，可以重復(fù)多次利用，這無疑也可以節(jié)約長(zhǎng)期運(yùn)行成本.

3.3 縮短發(fā)射周期

空間運(yùn)輸平臺(tái)運(yùn)行在地球低軌道，執(zhí)行貨物運(yùn)輸和星際探索任務(wù)的飛船可以完全不受天氣的影響，由于中低軌道的軌道周期僅為一個(gè)多小時(shí)，因此一天中可能有多次發(fā)射機(jī)會(huì).

3.4 再入返回可用低軌道再入方法

如果飛船確實(shí)需要返回地面的話，可以采用近地軌道的返回方法，這樣飛船的熱過載防護(hù)可以采用近地軌道飛船的方案，要知道從月球或者火星返回的飛船其熱防護(hù)和過載防護(hù)系統(tǒng)的造價(jià)同一般的近地軌道飛船是不一樣的.并且制導(dǎo)律也可以采用近地軌道飛船的制導(dǎo)律.

3.5 返回精度高，時(shí)間約束少

由于飛船先停留在近地軌道上，有充足的時(shí)間確定其運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并且返回的時(shí)間地點(diǎn)可選擇性都更寬了，這樣能保證飛船以更高的精度安全返回目的地.

3.6 可用近地軌道運(yùn)載火箭補(bǔ)給

對(duì)于不能夠在地球低軌道運(yùn)行平臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)給的資源，可以通過發(fā)射地球低軌飛行器進(jìn)行補(bǔ)充.發(fā)射月球飛行器和發(fā)射地球低軌道飛行器所使用的火箭價(jià)值并不是成線性增長(zhǎng)的，發(fā)射地球低軌道飛行器的費(fèi)用更低廉.

3.7 長(zhǎng)期的在軌實(shí)驗(yàn)室

空間平臺(tái)本身就是一個(gè)非常有吸引力的巨大資源，它能夠被作為空間站，甚至是空間工廠，生產(chǎn)大量的空間產(chǎn)品.

3.8 提供商業(yè)發(fā)射服務(wù)

如果該平臺(tái)能夠投入實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)行商業(yè)發(fā)射將成為最誘人一個(gè)方面.并不是每一個(gè)國(guó)家都有能力建設(shè)這樣一個(gè)空間平臺(tái)，對(duì)于那些沒有能力進(jìn)行月球探索和旅行的國(guó)家來說，利用這樣一個(gè)平臺(tái)抵達(dá)月球是最經(jīng)濟(jì)的一種方法.因此類似空間平臺(tái)將為其擁有國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)和政治優(yōu)勢(shì).

4 運(yùn)輸平臺(tái)可行性分析

4.1 能源消耗分析

提出空間運(yùn)輸平臺(tái)概念的基本出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)高效率、低消耗、低成本的地月甚至星際間的人員和貨物往來.因此該系統(tǒng)是否能夠節(jié)省能源和能夠節(jié)省多少能源是必須解決的問題.下面首先概略地分析了空間飛行器發(fā)射回收過程的主要能源消耗，能源消耗列表見表1.

表1 能源消耗列表

（1）克服地球引力

當(dāng)火箭發(fā)射時(shí)，火箭所攜帶的能源不但要將飛行器帶入外層空間，還需要將大量的推進(jìn)劑同時(shí)帶入外層空間的轉(zhuǎn)移軌道，這一部分消耗的能量是十分驚人的.

（2）在大氣中摩擦減速的能量消耗

由于飛船返回時(shí)，以第二宇宙速度再入，動(dòng)能十分巨大，而這些能量都需要在返回再入大氣層時(shí)消耗掉，這樣才能安全返回地面.因此，它是第二位的能量消耗點(diǎn).

（3）月球軌道減速需要消耗能量

月球表面沒有空氣，當(dāng)飛行器抵達(dá)月球后，必須利用自身攜帶的能源制動(dòng)后才能夠安全的降落在月球表面，這也需要消耗大量燃料.

（4）返回時(shí)克服月球引力

飛船從月球返回時(shí)，與從地球出發(fā)一樣，需將飛船加速到脫離月球的速度，同樣也需要消耗燃料.

（5）飛往月球軌道修正

在飛往月球的過程中，飛行器由于受到各種干擾和誤差的影響，需要不斷的調(diào)整軌道和姿態(tài)，需要消耗能量.

（6）返回地球軌道修正

飛行器返回地球同樣需要消耗能量進(jìn)行軌道和姿態(tài)修正.

（7）返回制動(dòng)需要消耗能量

如果是要返回再入，飛船在靠近地球后，需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候點(diǎn)火脫離原來的地月軌道，進(jìn)行再入，這里也需要用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，也需要消耗燃料.

利用空間運(yùn)輸平臺(tái)就能夠避免克服地球引力、返回過程減速、月球軌道減速以及克服月球引力等步驟的大量能量消耗，僅僅需要進(jìn)行往返飛行軌道和姿態(tài)修正的能量消耗，雖然增加了空間平臺(tái)軌道維持等額外能量消耗，但相比較直接由地球發(fā)射接收飛行器，能量消耗要小的多.

4.2 導(dǎo)航精度分析

當(dāng)飛行器自月球返回，飛行距離超過380 000 km，飛行器是否能夠最終達(dá)到100m×100m的精度呢.一方面，地球外部空間環(huán)境相對(duì)比較簡(jiǎn)單，很多問題甚至可以得到解析解；另一方面，飛行器自月球返回過程中，可以與空間平臺(tái)保持通信，相互協(xié)作完成攔截過程.估計(jì)這樣的精度應(yīng)該能夠保證.例如美國(guó)航空航天局的火星探測(cè)車使用的新型導(dǎo)航設(shè)備，能夠使探測(cè)車在火星上著陸的誤差小于100m.該導(dǎo)航設(shè)備同樣可以用于本文提出的空間運(yùn)輸平臺(tái).

同時(shí)，在平臺(tái)發(fā)射或攔截飛行器后，空間平臺(tái)的參數(shù)將產(chǎn)生巨大變化，如何測(cè)量這些變化？如何控制平臺(tái)參數(shù)變化在合理的范圍內(nèi)是一個(gè)非常關(guān)鍵的需要解決的問題.目前美國(guó)和俄羅斯的航天飛機(jī)及飛船已經(jīng)多次與國(guó)際空間站成功對(duì)接，為飛行器在空間平臺(tái)安全著陸提供了必要的數(shù)據(jù)支持和安全保證，也為空間平臺(tái)的軌道調(diào)整和機(jī)動(dòng)提供了大量經(jīng)驗(yàn).

4.3 繩系系統(tǒng)可行性

繩系系統(tǒng)是運(yùn)輸平臺(tái)方案的關(guān)鍵子系統(tǒng).其主要問題在于繩索的拉力和繩索的長(zhǎng)度.假設(shè)返回飛行器的重量為10 t，飛行速度為12 km／s，以10 g的加速度進(jìn)行減速，繩索的拉力將達(dá)到1 000 00 N到1 000 000 N，繩索的長(zhǎng)度將到達(dá)20 000m，因此需要有能夠承受如此拉力和長(zhǎng)度的繩索.據(jù)了解，目前已研制出的超高強(qiáng)度聚乙烯纖維強(qiáng)度達(dá)到3～4GPa［7］，是能夠滿足拉力要求的.而多個(gè)國(guó)家正在研制中的炭納米管材料，強(qiáng)度可達(dá)50～200GPa，完全能夠滿足平臺(tái)繩系系統(tǒng)的需求.

4.4 繩系系統(tǒng)飛輪的可行性

飛輪系統(tǒng)的關(guān)鍵是由于摩擦力和材料強(qiáng)度的限制，飛輪的旋轉(zhuǎn)速度并不能無限增加，由于離心力的作用，太高的轉(zhuǎn)速將造成輪盤被撕扯成碎片，這樣的情況發(fā)生的話，將對(duì)空間平臺(tái)造成巨大損傷.粗略估計(jì)，如果輪盤的半徑為5m，角速度將達(dá)到400 r／s，雖然目前還不能確信輪盤系統(tǒng)是否可行，但將做進(jìn)一步研究.

4.5 超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的可行性

近年來，關(guān)于超導(dǎo)儲(chǔ)能的研究在美、日、歐以及中國(guó)都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，尤其是在超導(dǎo)磁儲(chǔ)能方面，已經(jīng)有多臺(tái)樣機(jī)投入運(yùn)行.超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)能量存儲(chǔ)能力很高，理論上完全可以將其運(yùn)用于航天系統(tǒng).但是，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)具體的模型應(yīng)該是怎樣的，應(yīng)該如何與系統(tǒng)有機(jī)組合從而完成既定任務(wù)還需要進(jìn)一步的分析和研究.

5 結(jié) 論

本文提出了一種新型的月地運(yùn)輸空間平臺(tái)概念，并對(duì)其優(yōu)勢(shì)及可行性進(jìn)行了粗略地分析，初步認(rèn)為這一設(shè)計(jì)思想是可行的，但對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，存在著比本文陳述的問題更多的難點(diǎn).接下來，將進(jìn)行系統(tǒng)建模、仿真和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行深入研究，對(duì)該設(shè)想進(jìn)行修正和檢驗(yàn).希望能夠在人類不遠(yuǎn)的將來，使用類似系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、安全的星際旅行.

［1］ Powell J，Maise G，Paniagua J，et al.An international facility to magnetically launch payloads at ultralow unitcost［C］.The 57thInternational Astronautical Congress，Valencia，Spain，2006

［2］ 由磊磊.繩系衛(wèi)星系統(tǒng)交會(huì)對(duì)接的應(yīng)用與設(shè)計(jì)［J］.航天器環(huán)境工程，2007，24（1）：37-41

［3］ Carroll J A.Tether app lications in space transportation［J］.Acta Astronautica，1986，13（4）：165-174

［4］ Stuart D G.Guidance and control for cooperative tethermediated orbital rendezvous［J］.Journal of Guidance，Control and Dynamics，1990，13（6）：1102-1113

［5］ 白越，黎海文.復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)［J］.光學(xué)精密工程，2007，15（6）：852-857

［6］ 周曉蘭，韓居華，辛玲.超導(dǎo)儲(chǔ)能及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述［J］.電力情報(bào)，1999（3）：1-3

［7］ 崔本廷.空間繩系的控制與應(yīng)用［D］.國(guó)防科技大學(xué)，2006

A New Concept of Moon-Earth Space Transportation Platform

LIHuifeng，LIN Zhenhai，XUE Songbai
（Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China）

In the future hundreds of years，the moon exploration will become one of the most important human activities，and the travel between earth and moon will be more and more frequent.However，the cost of moon travel to date is enormously high.The article presents a new concept of space transportation platform as a combination of space tether system，energy storage system and space station system.According to a rough estimate on this system can probably reduce at least 90%of the current cost of transportation from the earth to themoon.The framework of the platform and its key technologies are discussed.Moreover，the feasibility analysis of the new system is conducted.

lunar exploration；launch-receive platform；Moon-Earth space transportation platform

V488.2

A

1674-1579（2009）05-0043-05

2008-11-04

李惠峰（1970—），女，陜西人，副教授，研究方向?yàn)楦咚亠w行器制導(dǎo)與控制、離散事件系統(tǒng)理論和混合系統(tǒng)理論（e-mail：lihuifeng＠buaa.edu.cn）.