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1、 以匀强磁场对带电物体作用力为基础的人造重力系统设想及其相关研究 PB04207079 童景 PB04207018 贾耿介 指导老师：万树德 生命科学学院生命科学学院一一.问题回顾问题回顾 二十世纪五十年代以来,如何在微重力的太空环境下构建人造重力系统一直是科学家与航天工程师们努力探索的问题.目前比较成熟而现实的方案是通过利用飞行器绕轴旋转产生的向心力来提供类似的“重力”传统的设计方案多设计为“轮胎”或“圆筒”状.这些设计方案具有诸多优点,但同样存在众多无法回避的问题与障碍1结构复杂，设备笨重.2.耗能巨大,维护困难.3.由于生理影响方面的原因,旋转半径不可过小,但以目前的技术水平而言,没有能
2、力支撑建造巨型系统4.飞行器的部分旋转将严重影响其整体的平衡性 我们有必要设计新的人造重力系统.二二.基本结构基本结构 平行共轴线圈组+球形太空舱及轨道 三三.系统工作简介系统工作简介 系统启动后,平行线圈开始通过相同方向的电流,并逐渐增强.线圈轴线及附近将逐渐聚集强大的磁场能,产生稳定的强匀强磁场.利用运行导轨上的尖端放电装置使太空舱外壳带电,太空舱具有一定初始速度后即可使在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,产生人造重力.四四.具体技术实现具体技术实现1 1 空间匀强磁场的产生空间匀强磁场的产生 平行共轴线圈的基本环状结构由钠米复合碳纤维材料构成,环状结构上缠绕(或内嵌)有N匝超导材料制成的线圈
3、(如钇系氧化物超导体制成线材等)表层铺设有高效光电转换薄膜.横截面为弧形月牙状,保证太阳光无论从哪个方向射来,薄膜整体受光面积均可接近50%.线圈基本环状结构横截面线圈基本环状结构横截面.根据毕奥-萨伐尔定律 若仅有一个线圈若有两个平行等大线圈 中心O处磁感应强度B0为 更复杂的理论计算表明使用三个或以上的平行线圈,并适当改变其相对距离与大小,可获得更广且更稳定的匀强磁场.经简单估算,可得匀强磁场大小约在10T到900T之间2 飞行器结构与旋转轨道设计飞行器结构与旋转轨道设计 当系统运转时,通过与引导舱相连接的设备实现尖端放电,即可使导体球壳带有电荷 设旋转半径为r,带电量为C,则可知:太空舱
4、做圆周运动时,向心加速度应与重力加速度g相等:经过简单的代数估算,可知若需使一12吨的太空舱做半径200米的圆周运动,所需空间磁场约300T,轨道由轻质材料制成.通过固定轴连接.导轨上设有尖端放电装置,可使太空舱带电.安装多组导轨，通过简单的变轨可使太空舱改变旋转半径，调节所需的向心加速度值.右图为太空舱与导轨连接的横截面视图五五.相关技术支持相关技术支持 1.维生系统.外壳须采用合适的防护材料,屏蔽磁场可能对宇航员构成的危害.2.薄膜隔离.通过加设薄膜隔离层的办法屏蔽空间带电粒子与射线的干扰 3.高强磁场.空间大规模应用超导线圈还需要技术的进一步发展成熟六六.优势总结优势总结1.结构简单,成本较低.尤其将大大节省巨额的轨道发射费用与维修费用 2.向心加速度可自由改变.4.技术较成熟,前景广阔.3.太空舱与导轨保持有限连接,几乎不会影响整体的平衡性.本人造重力系统可以应用于未来的行星际载人宇宙飞船上，同样也适用于近地轨道的大型空间站或在轨飞行器 由于我们所掌握的背景知识很有限，因此本方案一定还存在不少问题与局限但我们相信，这个方案将能够为该领域的研究提供一个新的方向 基于电磁原理的人造重力系统,值得未来的航天科学进行深入的研究与探索.人类最终实现廉价，稳定，安全的“太空重力”的时代一定会到来谢谢大家
以匀强磁场对带电物体作用力为基础的人造重力系统设想及其
