第265章 天溝
李水旺新一期視頻：
我們講了太空電梯和軌道環，這是兩種非常棒的方式，能以當前每磅成本的零頭，將大量貨物送入太空。
現在這兩者本質上都是介紹性內容，好讓我們繼續探討更宏大、更酷炫的事物。
我們想先弄明白，我們最初是如何進入太空的，以便建造所有這些酷炫設施，並把人們送往這些設施或從這些設施接回來。
但這兩者都有兩個缺點：我們目前還沒有真正足夠堅固的材料來建造太空電梯，而且所有驗證工作的成本都極其高昂。
所以在繼續之前，我們先來看看另外幾種能幫助我們最初進入太空的巨型結構。
第一種是天鉤，你可能從未聽說過，但實際上你對它非常熟悉。
傳統的太空電梯是天鉤的一種，被稱為同步天鉤。
這是在我們找到能讓太空電梯成為可能的超強材料之前的設計，而它只是天鉤的一種類型。
天鉤的概念相當簡單：一根纜繩，並非從地球表面一直延伸到地球同步軌道上方，而是從高軌道垂降至大氣層正上方。
然後飛行器飛上去，鉤住纜繩，就可以向上攀爬至更高處。
更重要的是，雖然天鉤的底端相對於地面在移動，但其移動速度比通常在該高度軌道運行的物體要慢。
因此飛行器無需飛得那麼快就能鉤住天鉤。
但這到底是如何運作的呢？
簡單來說，它利用的是軌道速率隨高度變化的原理。
你離地球越遠，軌道運行速度就越慢，無論是實際速度還是完成一圈軌道所需的時間。
一顆紫色衛星，就在大氣層正上方；
一顆紅色衛星，高出數百英里；
第三顆藍色衛星，高度大約是紅色衛星的兩倍。
你可以看到，紫色衛星的運行速度比紅色衛星快，紅色衛星又比藍色衛星快。
對於天鉤而言，它的頂端和底端跨越極長的距離，數百甚至數千英里，只要材料能夠承受即可。
由於天鉤橫跨所有這些軌道卻保持剛性，它的運行速度不會像低軌道物體那樣快，也不會像高軌道物體那樣慢，而是介於兩者之間。
因此，天鉤的底端移動速度遠低於該高度的正常速度，而頂端移動速度則遠高於正常速度。
由於動能隨速度的平方增長，且阻力也會隨速度加快而增大，鉤住天鉤底端能節省大量燃料。
我剛才展示的這種被稱為非旋轉天鉤，是視覺上最簡單的形式，但通常不被認為是最優方案。
大多數天鉤設計都要求天鉤能夠旋轉。
旋轉天鉤在繞地球運行的同時，會圍繞自身質心旋轉，而且旋轉方向是反向的。
通常太空飛行器從西向東發射，以藉助地球自轉獲得一點額外速度，這部分速度不算大，但也不算小，尤其是當你不需要飛得那麼快，因為你會鉤住天鉤時。
通過讓天鉤反向旋轉，我們能更好地利用這一原理。
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天鉤的頂端會以數千英里每小時的速度，朝著與軌道運行相反的方向快速移動。
也就是說，它仍然在繞地球高速飛行，但相對於甚至非旋轉天鉤而言，速度要慢得多，這使得運載飛行器需要達到的對接速度更低。
以上就是天鉤的原理。
雖然將每磅物資送入軌道的能源成本不如太空電梯或軌道環低廉，但比常規太空發射要便宜得多。
我提到過軌道環的主要成本在於最初的建造升空，而類似天鉤這樣的設施能將這些成本大幅降低。
但你仍然需要一架高超音速運載飛行器才能抵達天鉤，儘管我們有能力建造這類飛行器，有人可能希望將天鉤與磁懸浮發射系統結合使用，比如洛夫斯特倫環或星際纜車這類地面巨型結構。
我們講了太空電梯和軌道環，這是兩種非常棒的方式，能以當前每磅成本的零頭，將大量貨物送入太空。
現在這兩者本質上都是介紹性內容，好讓我們繼續探討更宏大、更酷炫的事物。
我們想先弄明白，我們最初是如何進入太空的，以便建造所有這些酷炫設施，並把人們送往這些設施或從這些設施接回來。
但這兩者都有兩個缺點：我們目前還沒有真正足夠堅固的材料來建造太空電梯，而且所有驗證工作的成本都極其高昂。
所以在繼續之前，我們先來看看另外幾種能幫助我們最初進入太空的巨型結構。
第一種是天鉤，你可能從未聽說過，但實際上你對它非常熟悉。
傳統的太空電梯是天鉤的一種，被稱為同步天鉤。
這是在我們找到能讓太空電梯成為可能的超強材料之前的設計，而它只是天鉤的一種類型。
天鉤的概念相當簡單：一根纜繩，並非從地球表面一直延伸到地球同步軌道上方，而是從高軌道垂降至大氣層正上方。
然後飛行器飛上去，鉤住纜繩，就可以向上攀爬至更高處。
更重要的是，雖然天鉤的底端相對於地面在移動，但其移動速度比通常在該高度軌道運行的物體要慢。
因此飛行器無需飛得那麼快就能鉤住天鉤。
但這到底是如何運作的呢？
簡單來說，它利用的是軌道速率隨高度變化的原理。
你離地球越遠，軌道運行速度就越慢，無論是實際速度還是完成一圈軌道所需的時間。
一顆紫色衛星，就在大氣層正上方；
一顆紅色衛星，高出數百英里；
第三顆藍色衛星，高度大約是紅色衛星的兩倍。
你可以看到，紫色衛星的運行速度比紅色衛星快，紅色衛星又比藍色衛星快。
對於天鉤而言，它的頂端和底端跨越極長的距離，數百甚至數千英里，只要材料能夠承受即可。
由於天鉤橫跨所有這些軌道卻保持剛性，它的運行速度不會像低軌道物體那樣快，也不會像高軌道物體那樣慢，而是介於兩者之間。
因此，天鉤的底端移動速度遠低於該高度的正常速度，而頂端移動速度則遠高於正常速度。
由於動能隨速度的平方增長，且阻力也會隨速度加快而增大，鉤住天鉤底端能節省大量燃料。
我剛才展示的這種被稱為非旋轉天鉤，是視覺上最簡單的形式，但通常不被認為是最優方案。
大多數天鉤設計都要求天鉤能夠旋轉。
旋轉天鉤在繞地球運行的同時，會圍繞自身質心旋轉，而且旋轉方向是反向的。
通常太空飛行器從西向東發射，以藉助地球自轉獲得一點額外速度，這部分速度不算大，但也不算小，尤其是當你不需要飛得那麼快，因為你會鉤住天鉤時。
通過讓天鉤反向旋轉，我們能更好地利用這一原理。
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天鉤的頂端會以數千英里每小時的速度，朝著與軌道運行相反的方向快速移動。
也就是說，它仍然在繞地球高速飛行，但相對於甚至非旋轉天鉤而言，速度要慢得多，這使得運載飛行器需要達到的對接速度更低。
以上就是天鉤的原理。
雖然將每磅物資送入軌道的能源成本不如太空電梯或軌道環低廉，但比常規太空發射要便宜得多。
我提到過軌道環的主要成本在於最初的建造升空，而類似天鉤這樣的設施能將這些成本大幅降低。
但你仍然需要一架高超音速運載飛行器才能抵達天鉤，儘管我們有能力建造這類飛行器，有人可能希望將天鉤與磁懸浮發射系統結合使用，比如洛夫斯特倫環或星際纜車這類地面巨型結構。