轨道。”林小镜说,“飞船会随着系缆的摆动而摆动。实际上,整个系统是一个整体——飞船、系缆、采气装置共同组成一个绕木星旋转的物体。只要这个整体的质心轨道是稳定的,系统就能持续运行。”
“那采气装置本身呢?”另一个工程师问,“它在木星大气中,怎么把气体送到轨道上?”
“和金星一样,用管道。”林小镜说,“系缆本身就是管道。碳纳米管复合材料可以做成一体的结构——既是承力的缆绳,又是气体输送的管道。气体在管道中被压缩,利用木星大气和轨道之间的压差自然上升。如果压差不够,可以在采气装置上加装压缩机。”
“木星大气中除了氦-3,还有大量的氢。氢是核聚变的另一种燃料,也是化学火箭的推进剂。如果我们能大规模采集木星的氢和氦-3,人类的能源问题就彻底解决了。”
会议室里响起了低声的讨论。
有人觉得这个方案太疯狂,一千公里长的系缆,在木星的强辐射和强风暴环境下运行,可靠性怎么保证?有人觉得这个方案的回报足够高,值得冒险尝试。还有人提出了另一个问题——木星的卫星。
木星有几十颗卫星,其中四颗伽利略卫星非常大。木卫三的直径甚至超过了水星。这些卫星的引力会对轨道系留系统产生扰动,可能导致系统失去稳定。
“这是一个需要深入分析的问题。”林小镜承认,“木星的卫星系统确实复杂,但我们可以把采气系统部署在木星的高纬度地区。伽利略卫星的轨道都在赤道面附近,高纬度地区的引力扰动会小很多。”
“另外,我们不一定非要在木星上采气。”林小镜调出了另一张图,“土星的大气成分和木星类似,氦-3的储量也很大。土星的磁场比木星弱得多,辐射环境温和,风速也低一些。土星还有漂亮的光环,光环里有大量的水冰,可以作为补充水源。”
“但土星距离地球更远——差不多是木星的两倍。从地球到土星的航程更长,运输成本更高。”
讨论持续了将近两个小时。
最后,林小镜做了总结:“木星的任务不是现在就要做的。金星的采气任务是我们的一期工程,验证轨道系留和大气抽取的技术。如果金星任务成功,我们就积累了经验,可以尝试在木星或土星上部署类似系统。时间表可以放到三到五年后,不着急。”
项目评审会结束后,林小镜回到办公室。
她打开计算机,调出了木星轨道系留系统的仿真模型。
这个模型是她用零散的时间搭建的,精度不高,但已经能够模拟一些基本行为。她输入了一组参数:轨道高度一万公里,系缆长度一千二百公里,采气装置质量五十吨,飞船质量二千吨,系缆直径两毫米,材料比强度每千克五十兆牛。
仿真开始运行。
系统进入轨道后,系缆在重力和离心力的共同作用下逐渐拉直。采气装置沉入木星大气层,深度大约在云顶以下一百公里左右。那里的气体密度足够高,压强大约两个大气压,温度大约零下一百度。
采气装置开始工作。它吸入木星大气,通过分子筛膜分离出氦气——木星大气中的氦气含量大约百分之十,其中氦-3的丰度大约是十万分之一。也就是说,每一百万个氦原子中,大约有十个是氦-3。
这个丰度看起来很低,但木星大气的总量极其巨大。即使只抽取木星大气最上面的一小部分,氦-3的年产量也可以达到数百吨。而地球上每年只需要几十公斤的氦-3就足够满足全世界的能源需求。
仿真运行了模拟的三十天。
前十天一切正常,系缆的张力在预期范围内波动。第十一天,一个木星风暴系统移动到了采气装置附近。风速突然增加到每秒两百米,系缆的张力峰值超过设计值的百分之八十。
系统没有断裂,但出现了大幅摆动。摆动使得采气装置的位置上下变化了上百公里,进入了下层温度更高的区域。电子设备的温度开始上升,虽然还在工作范围内,但已经接近上限。
第二十二天,风暴系统移走了,系统逐渐恢复稳定。
第二十八天,木卫三的引力扰动导致轨道出现微小偏移,系缆的角度变化了零点三度。这个偏移在控制系统的补偿范围内,没有造成问题。
模拟结束时,所有关键指标都在可接受范围内。
林小镜仔细分析了模拟数据,在笔记本上记录了几个需要优化的点:第一,系缆的安全裕度需要从百分之二十提高到百分之五十,以应付木星风暴的极端情况。这意味着系缆的直径可能需要增加,质量也会相应增加。第二,采气装置需要更好的隔热设计,以应对可能深入大气层深处的情况。第三,轨道控制系统需要更精确的模型,把木星卫星的引力扰动考虑进去。
她还注意到一个问题:木星的辐射带集中在赤道附近,高纬度地区的辐射强度只有赤道地区的百分之一。如果把采气系统部署在极轨道上,辐射对电子设备的损伤会大大降低。但极轨道的稳定性怎么样
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