巨型飛艇能緩慢上升至繞地軌道嗎？（下）

最新 06-05

BALLUTE -充氣減速傘

雖然迄今為止這些飛艇尚未進行過任何從飛行軌道上重入地球的實驗，但是我們用充氣減速傘（Ballute）開展過類似的模擬實驗，積累了一定的經驗。充氣減速傘是一種氣球和減速傘混合裝置，其功能與減速傘類似，只是與減速傘相比，它在大氣層更高的上空就開始減速了。它在大氣上層啟動，以減速傘的形態一直下降，最後以降落傘的形式著陸。這裡有一份2000年來自ESA的實驗報告：

ESA開展了史上第一次充氣減速傘實驗，在實驗中，再入階段所測得的充氣減速傘最大表面溫度是200 °C (392 °F).

藝術家眼中的Ballute

這篇文章中的圖表顯示，測量溫度最大值達到200 °C (392 °F).

這篇文章中還記載了充氣減速傘在100km（328，000英尺）處對減速裝置的第一級進行充氣，以作為防熱罩。此時其飛行速度為5.52km每秒，馬赫數為16

.從軌道上滑翔降落

這是20世紀60年代初針對Gemini項目（NASA上世紀為實現登月所開展的一個太空項目）工程師們所提出的另外一個想法。最初，他們一度認為，經過熾熱動蕩的再入階段後，返回艙可以通過滑翔傘滑翔著陸，不過最後他們還是決定使用比較熟悉的降落傘。雖然就這個想法開展的驗證實驗遇到了很多問題，例如無法順利的打開滑翔傘，但是這些實驗仍然給我們呈現出了一片光明的未來。然而，這一系列的研究到1964年戛然而止。他們最終決定使用降落傘，這也是阿波羅計劃所採用的方案。俄羅斯人在「聯合」號飛船飛行降落中也是採用的降落傘。關於滑翔傘研究的細節，參考Coming Home一文。

無獨有偶，在大致同樣的時間節點，工程師們在1960年提出採用滑翔傘直接從飛行軌道一直滑翔降落到地面，而不再使用減速傘。這就是充氣減速傘的概念(Rogallo wing)，簡稱「FIRST」（「測試用可充氣再入結構生產的首字母縮寫），這是針對航天員太空自救系統提出的另一個概念。

這種滑翔傘可以摺疊起來，放到一個小圓柱體中，這個小圓柱體停靠在空間站上面，和現在「聯合」號飛船的做法很像。發生緊急情況時，機組人員先進入該圓柱體內，然後分散開來。隨後，滑翔傘就會充氣膨脹起來，逐漸張開。之後，滑翔傘會以1度的傾斜角，70度的攻角重返地球。工程師們發現，滑翔傘降落時，減速度不會超過2g，同時因為採用了滑翔降落地面的方式，所以受熱量也可以降到最小。當滑翔傘下降到43km（141，000英尺）的高度時，它的速度會接近聲速，之後，它可以水平滑行345km，最終降落地面。細節參考此文FIRST Re-EntryGlider

用氣球從軌道上返回

這是1966年提出的一個想法，目的是在緊急情況下，可以將航天員從軌道上安全送回地面。航天員的座位起到和減速傘類似的散熱作用，將大部分熱量的散開，而剩餘的熱量則由氣球散開。這是上世紀60年代工程師們想出的又一個將航天員從軌道送回的方法，這個想法的核心基本上就是一個氣球，但是這個想法沒有付諸實踐。

救生裝置

上世紀60年代初，航天工程師們探索了許多諸如此類的想法，細節參考這裡：Rescue.

再談JP AEROSPACE公司的想法

分析了這麼多，似乎飛艇從軌道上面降落不會有太大問題。至少在大多數科學家們看來，VAMP飛艇在這點上很有說服力。

然而，他們的計劃最大的挑戰還是來自於怎麼上升到軌道上面去。在上升過程中，飛艇會逐漸加速到超音速水平，然後是高超音速（此時飛艇已經接近處於真空狀態了）。飛艇的巨大的上表面布置了太陽能面板，用於發電。這些面板使用了厚度大概是納米級的薄膜，所以它們不會像家用太陽能面板那麼重。他們已經用這些薄膜面板開展了三次飛行實驗。(82 minutes intohis spaceshow guest appearance)。

這些太陽能面板可以產生數百兆瓦電量，發電量和一座小型發電站差不多，這些電會用來驅動離子推進器。只要電力足夠，這些離子推進器可以以極高的排氣速率對飛艇加速，從而減少總的燃料消耗。有了這麼大面積的太陽能面板，就不會出現電力短缺的問題了。不過，在夜間這些電力的存儲可能是個大問題。那就讓我們更進一步的考慮這個問題。

1964年3馬赫充氣滑翔傘

這是我們現有的唯一的關於V型充氣滑翔傘高超音速實驗方面的數據資料。作者在他的著作中提到（見56頁）這個滑翔傘。在1964年的一次亞軌道飛行實驗中，這個充氣滑翔傘被釋放。充氣滑翔傘在再入階段達到了最大速度，以3馬赫數的速度在離地100km（超過300，000英尺）的上空急速下降。

這是該充氣滑翔傘的模樣。

滑翔傘在再入階段時溫度應該是非常高的。實驗中測得材料在60秒內溫度上升到620攝氏度，並保持這個溫度有20秒，最後用了60秒才冷卻下來，見這篇文章的第14頁。

在96秒時展開滑翔傘，收集數據一直到306秒，共持續3分30秒。

這當然是一段漫長的高超音速飛行旅途了。

在提出軌道飛艇概念之前，他計劃自己測試像上面那一類的高超音速充氣飛艇滑翔傘。馬赫滑翔傘先是從140，000英尺的高度開始，以超音速飛行，接著再進行400，000英尺高度的測試，這個高度需要先把火箭送上去再從火箭上面發射才能達到，就像1964的實驗中那樣做（119頁）。

如果他的馬赫滑翔傘真的能實驗成功，那麼物理學家們所提出的許多問題都將得到解答。畢竟在1964的實驗中，儘管馬赫滑翔傘以高超音速飛行了大概一到兩分鐘，其溫度卻很高，一度達到620攝氏度，並持續了20秒左右。那麼在高超音速飛行中，他的滑翔傘又會怎樣呢？

到這一步，許多物理學家都會舉起手來說：「噢，這一步走得太遠了」。儘管如此，從1964年的實驗結果看來，飛艇至少可以進行大概1分鐘左右的高超音速飛行。至少我們可以做到這點。而且，如果VAMP飛艇飛的足夠高，那麼VAMP在再入階段也會達到高超音速，然後速度再慢慢下降到超音速，最後是亞音速。

還有，他在這裡（110 minutes in）也提到了當時美國空軍研發的一種洲際彈道導彈誘餌——反光可充氣聚酯薄膜氣球。在火箭離地大約100，000英尺的高度時[h2]，這種氣球從火箭上面發射，其飛行速度可達12馬赫。所以，飛艇在高空進行高超音速飛行似乎並非天方夜譚。

那麼，他在這裡要回答的一個主要問題是，他的千米級巨型飛艇，在再入階段能否在足夠高的高度維持高超音速或者是超音速飛行呢？這些龐然大物身輕如燕，需要飛好幾天，而不是幾分鐘或者是幾小時才能脫離原來的飛行軌道。在下降過程中，它們到底可以在什麼高度一直保持高超音速或者超音速飛行呢？又能夠保持多長時間呢？在這樣的高度以快至高超音速的速度飛行又能否產生足夠的升力滑翔回大氣上層的黑暗天空站呢？

在回答這些問題之前，首先他得讓人們看到，他的飛艇是可以在大氣上層實現超音速或者是高超音速飛行的，而且能夠產生足夠的氣動升力滑翔下降，當結合飛艇自身的浮力時，又能夠上升，穿越大氣層回到卡門線（大氣層邊緣）之上。

跨大氣層飛艇

然後，他還提出了一個載人版本的飛艇——亞軌道跨大氣層飛艇，這種飛艇將會測試利用推力離開地球大氣層密度較大的部分然後再返回這部分大氣層是否可行（122頁）。這樣的飛行顯然不是失重的，所以「亞軌道」一詞可能會有點讓人困惑。這種飛艇還是得靠氣動升力和飛艇自身浮力才能到達指定的高度，先是200，000英尺，到後面的實驗會超過300，000英尺。

他希望飛艇最終的速度能達到10馬赫，這樣就可以用於世界各地貨物的快速運輸了。

加速到軌道

既然VAMP能夠實現高超音速飛行再入回我們的大氣層，那為什麼反其道而行之卻是如此的困難重重呢？問題主要還是這些，一個是飛艇的電力是否足夠，然後是飛艇能否產生足夠的升力從200，000英尺的高度飛回到軌道上面。還有就是，飛艇要以高超音速或者是超音速飛行數天，而不是幾分鐘或者是幾小時，雖然飛行高度要遠高於VAMP的飛行高度。

離子發動機能夠將離子加速到一個很高的速度，所以只需消耗少量的燃料就能改變速度。但它的推力過小，因此無法克服拉力。雖然可以一直運行，卻無法讓飛艇移動或者是一直保持移動。而化學火箭消耗燃料又太多了。

他們所用的發動機——所謂的」混合氣體等離子體」無需從零開始產生等離子體，這樣的話離子發動機會很耗電。這種發動機介於火箭發動機和離子發動機之間——比離子發動機消耗燃料更多但是耗電更少，比火箭發動機消耗燃料少得多但卻需要電力才能讓火箭的燃料化學反應更快。他們美其名曰」交響樂發動機」，不過，雖然他們正在努力研發這種發動機，也做了很多內部測試，但是他們還沒就該發動機發過任何的論文，所以在這裡我無法給出關於這種發動機工作原理具體細節描述的任何鏈接。不過，大致來說，這種發動機就是以一種非常類似於軌道炮加速物質的方式，在等離子體中加速離子，進而間接的加速發動機內剩下的未離子化的氣體。他用來產生等離子體的燃料是一種鎂、煤油和液氧的混合物。因此，他是利用了化學反應來產生等離子體，而不是像傳統的離子推進器那樣依靠電來實現。他在這裡談到了這點74 minutes intohis Spaceshow guest appearance.還有在這裡80 minutes in。

他解釋說他們之所以讓這種發動機比傳統的火箭發動機燃燒燃料更慢，是為了能在獲得比離子發動機更大的推力的同時，也能保持較低的電力要求，以便可以用太陽能電池和普通電池進行供電。通過化學反應產生等離子體，這就是他們遇到的挑戰。用這種方式來產生等離子體，這樣的想法或許會顯得有些奇怪，但是他在這裡談到的都是燃燒過程。火是一種等離子體，能夠對電場產生反應。例如，可以利用電場，通過這個視頻里Rino foundationin the Netherlands展現的這種方式，加速火焰的反應。

因此，交響樂發動機的基本思想是燃燒少量燃料來產生等離子體。然後發動機用電場來加速火中的離子並將其與未燃燒的燃料混合。並且帶電粒子混入火箭燃料中，可以整體加速並像軌道槍一樣從背面噴射出出來。這就像採用普通的化學火箭，但是使用離子推進器來加速排氣，且為了獲得更快的速度從背面噴射出來，所以如果燃燒緩慢而且有足夠的電力來加速廢氣燃料的話，從其中獲得更多的加速能量是值得做的。他在演講中花了56分鐘來解釋這個原理。

這是一個非常棒的想法。

加速的過程非常慢。他說這將需要幾天的時間才能進入軌道（第16頁，「漂浮到空間」），不是幾分鐘或幾小時能夠做到的。

據我所知，他並沒有提供加速的細節（可能我沒有注意到），但是我們可以很容易的解決這個問題。ISS的速度為7.66km/s，那麼如果在恆定加速度條件下進入ISS軌道需要三天時間，那麼加速度為1000*100*7.66/(24*60*60*3)，或者大致為每秒3厘米。

舉個例子，在這種加速度下，一小時以後，它將以108米/秒的速度運行，即每小時389公里，那麼需要超過三個小時的時間加速到超音速，需要大量的時間來達到高超音速。這段時間也正是他在大氣中上升的階段。值得注意的是，當太空梭突破大氣層時，飛行速度遠高於高超音速。此時高度為在230200英尺，速度為22.8馬赫，或者說28000km/h。如果進行三天的空間飛行，他的飛艇將在加速飛行的第三天結束時達到這個速度。

當然，他不能讓飛艇以每秒千米的速度保持在太空梭的高度飛行。但是飛艇有浮力，並且有氣動升力，所以不能以目前的經驗武斷的判斷它不能在足夠高的高度上花幾小時的時間達到高超音速。

這個計算取決於他相當模糊的「幾天」的意思-如果他的意思是六天，那將只有1.5厘米/秒2，需要超過六個小時的時間來達到高超音速。

飛向軌道的動力

如果能使用薄膜太陽能電池--一種厚度只有幾納米的薄膜，那麼一艘大型飛艇就可以擁有大量的太陽能。但前提是能夠成功地將薄膜太陽能電池集成到飛艇的蒙皮上。這種薄膜太陽能電池已經被集成到玻璃窗戶中，電池的薄層非常薄，窗戶仍然可以保持透明。

他沒有給出很多數字，但你可以計算出一些數據來填補空白。例如，他的巨型飛艇的面積將達到平方公里的量級。如果每平方米產生100瓦的能量（可能會超過這個數量），那麼每平方公里就是100兆瓦。這相當於一個小型發電站的發電量。所以如果他可以實現用薄膜太陽能電池作為飛艇的蒙皮材料，那麼他將獲得數百兆瓦的能量。這可能是工程問題，而不是基礎科學問題。在沒有風的稀薄大氣環境下，通過巨大的薄膜太陽能陣列獲得能量比在地球表面上容易得多。

他已經在他們的氣球平台上使用了三次（在這裡是82分鐘）超薄膜太陽能電池。在海拔100,000英尺的地方，你可以獲得更多的能量。他們的製造商現在推出了另一款更輕的更高功率的版本。

然而，這裡他說他們可以在64分鐘的時間裡，根據磁流體動力學，從燃料本身的廢氣中產生電能。他解釋說，他們使用火箭燃燒排氣中產生的離子作為動力的來源，並用它來驅動燃料的加速，從而使火箭更有效率，所以在相同數量的燃料條件下它會得到更多的推力。他說，根據目前的技術發展水平，他們在使用這種方法和使用覆蓋飛艇的太陽能電池的方法之間糾結不定。我覺得這部分很令人費解。他聲稱他可以提取一些離子而不會影響排氣。我真的不明白這怎麼可能做得到。

然而，除此之外，用化學方法製造等離子體，然後通過太陽能加速離子，這一切都是有意義的。從廢氣中提取電力來取代太陽能發電的想法是我不太清楚的一部分。也可能只是我不了解這個概念。

在這個節目的第97分鐘，查爾斯·波利要求他解釋如何獲得足夠的能量進入軌道，當時這個要求是每公斤至少33兆焦耳。（這是在地球引力場作用下上升的勢能以及LEO大概30兆焦耳的動能的總和-在Wired.com上有一個很好的互動式圖像，顯示兩者是如何隨軌道半徑而變化的：半徑越大，勢能增加，動能減小，總和增加）

所以無論如何，如果他能從廢氣中收集電力，很難知道他從燃料中獲得了多少能量。他沒有給出任何數字。

但是，我們可以算出他能從太陽能電池板中獲得多少電力，如果需要花6天的時間進入軌道，也就是說，100兆瓦的電力能支撐其中一半的時間，那麼72小時呢？就得需要7200兆瓦時的功率，或者26萬焦耳左右。假設在沒有任何阻力的情況下，一平方公里的太陽能電池能夠產生的能量足夠支撐788噸的重量進入軌道。

他的大型軌道攀登者（第124頁）長6萬英尺，約18.3公里，他聲稱該攀登者能夠承載40,000磅或20噸的重量進入軌道。這麼大的尺寸條件下，他在書中沒有詳細的給出是否使用了太陽能電池。但機翼的直徑約為半公里，推算最大約有18平方公里的太陽能電池能夠暴露在陽光下。

所以說，這是所需能量的18倍，如果薄膜太陽能電池板的效率更高，足夠負載約14000噸或更多的重量。當然這是假設沒有任何阻力的情況下，而阻力是一定存在的。但它也是從地球表面和軌道之間的勢能和動能差異中將物體送到軌道所需能量的700倍。在這是他留出了相當大的餘量。我認為他這裡提到的20噸是有效載荷，因此飛艇要造多大取決于飛艇本身的質量。這裡，他沒有給出具體的數字-你能製造一艘每公里只重幾噸的巨型飛艇嗎？

話說回來，我在這裡是不是遺漏了什麼？目前看起來他似乎能僅僅依靠太陽能發電獲得足夠的能源，即使它是相當低效的。而且他還攜帶燃料，並用電力來加速燃料。一些燃料具有很高的能量密度，足夠產生將其送入軌道所需的大部分能量，特別是如果能夠與數百兆瓦或甚至超過千兆瓦的電力相結合。

這看起來有一定的可行性，還是說這根本不可行？

使用微波或激光將能量從地面發射到軌道也是可以的。這是一個巨大的挑戰，例如，集成所有薄膜太陽能電池，電力分配等。根據物理學和已知材料屬性的規律這是不可能的，但我不確定它是不是完全不可能。

你怎麼看？我的計算中是否漏掉了什麼。我知道很容易就會忘記一個數量級什麼的。

在黑暗時期存儲能量只要有陽光，太陽能就足夠用了。但當飛艇飛向軌道時，將遇到黑暗時期，那麼夜間他們在做什麼呢？

他在他的書中研究了很多儲存能量的方法，但所有這些方法都需要改進。當然，其目的是利用最少的質量儲存最多的能量。因此，最有希望的方法之一是使用慣性輪，因為大直徑慣性輪是可用的比能量較大的存儲形式之一，每單位質量比電池存儲的功率要大得多。

慣性輪的直徑越大，相同質量和相同材料強度下可以存儲的能量就越多。對於直徑可達幾十甚至幾百米的大型飛艇，通常情況下，慣性輪不會如此大規模地使用，因為需要在真空中運行。飛艇上需要騰出大量的體積才能容納得下這麼大的慣性輪。而對於軌道飛艇，這個大蒙皮的整個內部已經是中度到高度真空的狀態。他沒有說慣性輪會裝在哪裡，但是最可能的地方似乎是在氮氣囊中，而氮氣囊填充在提供升力的氦氣囊之間的真空縫隙匯中。或者說因為規模會很大，他們就直接安裝在了氦氣囊中？也未可知。

用於儲能的現代飛輪通常在0.1至100Pa（0.001至1毫巴）的壓力下工作。根據ISA 1976標準大氣模型（在線計算器），大約85公里或280,000英尺的中層大氣的壓力約為0.3帕。這樣看來，軌道飛艇上的慣性輪將能夠在沒有真空殼體的情況下運行，並且它的飛行高度越高，真空度越高，摩擦損失也就越少，在慣性輪上能夠存儲能量的時間就越長。

在第118頁，他提出了其他幾個想法，包括傳統的鋰離子電池和核微型電池。但他說：「對於原動力儲存，沒有什麼可以比得過一個磁懸浮慣性輪，飛艇內部的空間允許真正巨大尺寸慣性輪的使用。使用大直徑慣性輪，質量密度可以降低。試點城市的公交車正在靠慣性輪來運行。我們需要進行更多的研究來了解這是否是一個切合實際的能量獲取方式。

想法--

早期階段在持續的陽光下飛行我不知道他是否能夠為他的電池獲得足夠的能量密度，但是他建議將他的黑暗天空站置於極地漩渦中，緯度為60度，這個主意怎麼樣?或者說這個想法可行嗎？

這個地方離北極圈很近，所以夏天一天只有5個小時的黑夜。同時，14萬英尺的高度處，夜晚會變得更短。當飛艇飛向軌道時，如果向西飛行而不是向東飛行，甚至可以在第一天的時間裡與太陽保持同步。24小時後，他們會繞地球1.4圈，然後以1.3千米/秒的速度飛行，也就是大約3.8馬赫。所以，如果你仔細地計時，那麼當飛艇在第一個軌道上到達南向60度的時候，地球上的那一部分正好陽光普照，或許你真的可以控制飛行使飛艇24小時的時間都沐浴陽光。

到第二天結束之前，他們的飛行已經繞地球五圈了。在這一點上,晝夜循環下降了超過四個小時，他們將以2.6公里/秒的速度行駛。他們最終當然會需要為夜晚提供電力儲存,但如果可以在後面的階段完成這項工作,也許只有幾個小時的時間需要能量而不是12個小時或更多。他的飛艇畢竟是個滑翔飛行器。他預計，滑翔返回軌道需要幾天的時間。

因此，當沒有電池供電的時候，它就會再次滑翔，有點像環繞地球飛行的太陽能飛機，但在這種情況下，飛艇在20萬英尺的平衡高度，降低一定的高度不會有任何風險。白天，飛艇會在太陽能電池帶來的動力作用下上升，晚上則滑翔下來。只要在開始階段能控制好，在持續的陽光下上升24小時或更長的時間，儲存下來的能量足夠在接下來的階段進入軌道。

當在大氣中上升到較高的高度時，真空度也更高，此時不必在轉子周圍抽真空，慣性輪儲能就會更有效率。這只是一個想法，還有很多細節需要充實。當然，儲存能量以供夜間使用是一個重大問題。

我想知道，以激光或微波的形式從地球表面發射的光束能量是否可用。這些是否能填補夜間飛行的能量需求差額？這麼大的飛艇，有足夠的空間來增加一個天線來接收來自地球的微波。

隕石帶來的破壞

他說隕石並不會帶來什麼麻煩，因為內部單元可以看作是「零壓氣球」。「這麼大的壓力接近於造成爆炸的壓力，但隕石只會使蒙皮表面產生一個洞，氣體會緩慢地泄漏出來……」（第112頁）

我覺得他的說法是合理的，我不認為隕石的破壞會對艇體帶來多麼大的問題，你覺得呢？

穿越聲障的飛行和高超音速飛行

他在最近的SpaceShow客座訪談中表示，純靠浮力，飛艇可以上升到18萬英尺，但直到24萬英尺（56分鐘的時間），速度才達到1個馬赫。他認為浮力的極限可能是28萬英尺（53分鐘）。但是從實際情況考慮，他認為25萬英尺是浮力結束的高度。在32萬英尺的地方，他們單獨使用空氣動力升力，只有擁有巨大的機翼面積的低密度飛行器才能獲得更多的升力。

你可能會認為穿越聲屏障會很困難，但是他說在這麼薄的大氣條件下，不會太困難。查克·耶格爾(Chuck Yeager)關於」恰當的事物「總是在通過聲障時爆炸的觀點應該被拋諸腦後。在20萬英尺的高度下，空氣壓力極低，低壓大大降低了所涉及的能量。就如虎口拔牙一般，危險地通過聲障。

過渡將發生在20萬英尺處（第206頁）。接下來飛行至3個馬赫數的階段是最艱難的部分，飛行器將在3個馬赫數或者更高的速度下飛行。它是一個「超音速波浪騎手」，它設計的目的是可以在周圍形成的巨大衝擊波之上飛行。當它通過聲障時，飛行器將穿過它前面的空氣波，在它前端的某一點上，空氣不是在平面上流動，而是以大角度偏轉。當速度變得更快的時候，空氣被推回靠近機翼處，這有助於飛行器的拉升（第109頁）。

你對這一切有什麼想法？

第一階段飛艇

在他可以做到這一點之前，除了馬赫滑翔機測試，他還需要找到一種途徑能使飛艇從地面上升到14萬英尺的高度，以便在這個高度上建立軌道飛艇的中性浮力。這些高空飛艇不能地面上建造，因為它們的蒙皮非常的輕，即便很輕微的風也能導致其破裂。

所以他需要建造一個第一階段的飛艇。將飛艇飛行到到14萬英尺的高度已經是一個重大挑戰。德國的飛艇可以飛行到24000英尺。2005年，Raven工業公司在74,000英尺的高度，攜帶5磅重的負載進行了5小時的動力飛行。

位於歐洲的Thales Alenia太空公司領導的StratoBus項目計劃將一艘飛船運送到20公里的高度，也就是66000英尺。從這些你可以看出，JP航天局計劃將一艘飛艇從地面起飛，上升至140,000英尺的飛行計劃是相當有雄心的。但是他在SPACESHOW中提到,他的原型攀登者已經完成了高達104,000英尺的飛行，

藝術家對Stratobus的印象是，它將能夠承載200公斤的有效載荷上升至66,000英尺的高度，在工作性能方面，介於無人機和衛星之間。

如上所述，JP航空航天公司確實擁有動力飛行的記錄–只是在氣球上加了一個框架和一個螺旋槳。但是他們已經將他們的Tandem無人雙氣球飛艇飛到了95,085英尺。

他們也正在研究真正的V型飛艇，他們希望最終從地面發射到這些高度。

最近進行試驗的「Ascender 36」飛艇，飛行高度為13,512英尺。到目前為止，他們已經在無人飛行條件下飛行了數千英尺。這表明他們的V形飛行器確實是飛艇。通過對飛艇進行發放，他們積累了很多經驗，即使在有風的條件下，他們現在也可以進行試驗。這對他們計劃在今年晚些時候進行充氣檢驗的」ascender 6」的順利進行起到了重要的作用。

從內部看是什麼樣子。

這是目前為止的低空飛行器。他說：他們為美國空軍設計的飛行器飛行高度是30.5公里，但是目前還沒有實測，因為美國空軍還沒有大力支持該項目，所以沒有實質進展。所以，截至目前為止，他們唯一的高空體驗就是一個設計高度28.9公里的串聯設計氣球，依靠框架上的推進器來提供動力。

截止目前，他們已經測試了很多小型的升空飛行器，都是縮比的，比如說只有7.9米長的攀登者26.他穿著太空服解釋道：他的目標不是力爭達到期望的高度，而是讓所有集成的系統都可以工作，從而改善V型飛艇的設計，最終可以更大的尺寸抵達更高的高度。

在縮比的飛行器上驗證是比較廉價的，目前已經飛到了1830米。下一步計劃是攀登者36，高度4575米，2016年首飛。他們的中期目標是攀登者100，飛行高度13725米。

藝術家設計的JP宇航公司攀登者100，目標高度13公里。

然後可能在2016年的9月初，他們將製作一個175英尺長的飛行器，目標高度是19.8公里至22.8公里。最早的美國空軍設計飛到30公里高度的飛行器看起來非常像一個巨大的V型。事實上，最新的設計已與之前的版本大相徑庭，這就是為什麼他們又重回更小的模型來驗證這種新的設計。所以，到2018年末，他們可能也拿不出可以到達30公里的攀登者。

黑暗空間站

之所以這麼叫是因為這個想法：它可以懸浮的高度的天空在白天看起來也是如此黑暗，就如同在太空中或者月球上的宇航員的感受一樣。你可能會想，不可能有任何尺寸的結構可以懸浮在42公里的高度。但是獲取這種巨大的結構是相對容易的，因為當結構變大，結構的平均密度就變的極小，只要這種結構的蒙皮佔據了大部分重量。

比如說：Buckminster Fuller的「雲九」概念是一個完整的城市的設計，直徑1公里，懸浮在大氣中。如此大的球體重量缺微乎其微，如果在建設為張拉結構，相對大多數的大氣層，溫度每升高1度，就足以讓其浮起。作為一種張拉結構的球體，在任何天氣條件下都會非常的結實。以前從未有過需求去建造這種結構，或許以後也永遠不會，但是工程上的合理性看起來逐漸被認可。他把它們歸類為腦洞大開的行為。

於是，1980年，富蘭克林大學的Ernst Okress andRobert Brown博士提出了一個嚴肅的提議，建造一個叫STARS的大型平台作為上層大氣的研究站，半徑為半英里到一英里。下面是當年在華盛頓郵報上關於STARS的新聞報道。

太空邊緣太陽能氣球站

在一位藝術家的印象里，STARS就像Peter Elson的科幻小說「Peter Elson s "Orion Shall Rise」的油畫一樣。

這種結構將會飛行在30.5公里高度。它將會僅僅依賴空氣的加熱來保持懸浮，就像Buckminster Fuller的「雲九」里描述的一樣，不需要氫氣或氦氣或任何一種浮升氣體。在這篇文章中，他討論了內部溫度變化範圍時27度到100度之間，如果我理解的沒錯的話，是由於透明球體的溫室效應來導致溫度變化的。

如果以此為背景，那麼JP的黑暗空間站的概念是否使用氫氣作為浮升氣體就不是那麼重要了嗎？黑暗空間站將會是海星造型，在5個觸角中使用了很多大的氣囊，而不是一個巨大的連通球體，這是一種非常穩定的結構。

藝術家眼中飛行在42公里高度的黑暗空間站。可以通過底層的飛艇抵達，也可以作為發射設施來發放火箭入軌，這樣的火箭無需花費大量的燃料用於克服底層高密度大氣的阻力。這些大部分都可以不依賴軌道飛船來實現。

然後他又陷入了細節。浮升囊體可能會被宇宙射線輻射損壞，每100天就需要維修更換一次，除非我們能夠開發出能好的材料。當舊的囊體漏氣，更換掉舊的囊體並給新的囊體充入浮升氣體，他把這個視為常規維修周期工作的一部分。他使用了更大的體積而不是去嘗試尋找特殊的材料。在他的「Away 6」任務中，已經置換了一個飛行高度在15.25公里高的氣球，而「Away 6」的目標是持續爬升到30.5公里。

他將會攜帶液化的氫氣至黑暗空間站對氣囊進行充氣，此方案已經在2002年的Julian Nott的高空氦氣球飛行中實現。他將會使用超壓氣球，就像NASA的大南瓜超壓氣球一樣，它們可以在空中保持穩定的高度，不會隨溫度的變化而上升或下降。他將把它放到極地旋渦中，這樣它就可以每14天環球飛行一周。他的空間站是海星型結構，有5條觸手來保持穩定。在早期的一次飛行中，他們已經對這種黑暗空間站結構做了一個實驗，在氣球下面附屬了類似海星觸角的結構，飛行成功！

氣球很顯然是很大的，在下面這張表中，40萬立方英尺的氣球（桔黃色曲線）可以使用氦氣攜帶1500磅重量至42公里高度。

這個大約0.75噸的氣球直徑是424英尺或者129米。上圖是摘自CSBF的網頁。那是一個氦氣球，但是由於氦氣是氫氣密度的兩倍，重要的是這些氣體和空氣之間的密度差，哪種密度更大一些。所以在這個案例中，0.81噸氫氣球在地球大氣中僅僅可以攜帶僅僅多8%的重量。

在他的書中，所謂DSS Block Three station，裡面的氣球總體積達到2億立方英尺。他沒說總重是多少，但是根據這些數字，它可以搭載40.5噸，包括15個工作人員，20個乘客。

對於一個有這麼多人的空間站來說，這點重量看起來微乎其微-特別是如果你拿它跟ISS對比的話，後者的重量會有10倍還多。

然而，這高度在地球大氣中依然顯得太低，所以會對一些微小隕石起到防護作用。流星雨中的隕石將會在大氣高度70公里至100公里之間燃燒殆盡，而空間站的高度是42公里。

高度在臭氧層之上，（20-30公里），所以沒有紫外線的天然防護，但是因為是一個內部的棲息地，進行紫外線的防護並不困難。這一點有所不同。

你可以在國際空間站外的太空中生存，僅僅是在一個薄的塑料氣球中，這是一個很有創意的想法。但是，他還提到了充氣的織物通道，太空站成員可以在裡面慢跑。或者至少這是他的想法。你是否同意，他可以在42公里高度擁有一個低重量的空間站？或者它會有大量的與國際空間站類似的結構，或者二者的結合體？

在那個高度，大氣壓力只有大約2毫巴。所以外界壓力將會與國際空間站的高度一致，而如果維持一個海平面壓力，大約10噸每平方米。以上這些觀點都表明在一個不是非常重的軌道飛行氣球中，至少短時間是可以生存的。

甚至表明，在42公里的高度，你可以同樣使用輕型的結構。

國際空間站的生命支持系統是否有必要那麼重？當然，所有的質量是為了抵禦隕石和流星的衝擊。同時還提供了輻射的防護。但是黑暗空間站飛行高度很低，輻射不是問題。國際空間站之所以有如此多輻射因為它可以有規律地飛躍南大西洋異常區，由於它的傾斜軌道，而這又是必須的，因為合作夥伴俄羅斯在高海拔地區有發射場，這是入軌的需要。

南大西洋異常區

-地球內部的范艾倫輻射帶高度200公里，國際空間站會有規律地飛躍此區域，這會顯著增加國際空間站乘員的輻射劑量。黑暗空間站將會位於極地旋渦中，遠低於南大西洋異常區的高度，不會有輻射的影響。

關於未來空間站有一些想法：比如模塊之間通過空氣梁相連，就像國際空間站的一樣，而空氣梁非常輕，Joe Carroll在他的人造重力研究設施設計概念中提出了這種方法。所以，這與JP宇航公司的黑暗空間站中提供乘員慢跑的空氣大梁想法不謀而合。

在Joe Carroll（空間系索方面的專家，有數次太空栓系的經驗）論文的第15頁，計算出空氣柱的強度足以在太空中使用，可以承受住10個大氣壓（而且還有很大的安全餘量），重量是10公斤每米，直徑1.55米，面密度2公斤每平方。

圓柱的重量將隨著直徑的增長而線性增長，所以如果我們採用2.4米直徑的設計，面密度將達到3公斤每平米。所以，舉個例子，如果需要10米長的棲息地，直徑2.4米，總重量是30公斤。如果直徑達到4.8米，20米長，總重120公斤。

所以，對於棲息地，看起來你可以使用更加輕質的結構，前提是這種結構是安全的。所以也學關於國際空間站的類比會讓我們誤入歧途。是否真的存在這樣的輕質結構，而且又足夠的安全，特別是在42公里的高度。這些當然都是理論上的可行，從來未被實際驗證過。

你怎麼認為？變通地

-如果他無法得到軌道飛艇，也許能夠實現系留提升系統實現呢？

這是我個人的建議，至於提升系留系統，這是一種早已被研究過的入軌相對容易的方案，相對於太空電梯而言。我們沒有材料去製作太空電梯，後者也是一種厚重的結構。所以，除非我們獲得了神奇的材料，否則需要使用注水版的材料，後者無法在地球表面穩定盤旋。

然而，依然存在變數，一般情況下，你需要達到20-25馬赫速度進入地球低軌，發放輔助系纜可以將這個速度需求降低到12馬赫甚至更少。

極超音速飛機空間系留軌道發放系統：

視頻裡面解釋得很好：了解更多細節，請訪問發放輔助系纜網站。

所以這種方法可以將你的軌道飛行器速度需求從20馬赫降低至12馬赫，這是一個顯著的成果。當然這個速度還是非常快的，4倍與洛克希德馬丁公司的黑鳥超音速偵察飛機，或者維珍銀河的太空船一號（3.09馬赫），2倍於ESA的5馬赫飛行器計劃速度。然而，10馬赫也遠不是JP宇航的大氣層飛艇所能達到的速度，所以要想入軌還很遙遠，在軌道飛艇的入軌最後階段僅僅使用飛艇是不行。

那麼你怎麼看？他們能走多遠？

這個辯論有些偏激，如果你問的問題是他們能實現嗎？是還是不是？但是也許我們可以緩和一些緊張氣氛，通過問一些更加微妙的問題，例如，他們能走多遠？

開始辯論之前，有一些可能性需要考慮：

1、JP宇航公司能夠一路逐漸加速入軌嗎？

2、獲取10馬赫的穿越大氣層飛艇，例如允許貨運飛船快速穿越，那麼同樣可能操縱穿越一個發放系留系統進入軌道嗎？

3、獲得超音速飛船，而不是及超音速？

4、飛艇體積大到32萬英尺，關鍵點在於使用純空氣動力學飛行而不依賴浮力輔助？從來沒有過超音速飛行，但是在高度42公里至60公里浮力平衡的高度進行動力飛行，或者更高的高度進行空氣動力學飛行可行嗎？

5、建設一個大的黑暗空間站，同樣使用發射台發射火箭入軌。

6、在42公里高度建立一個小版的黑暗空間站，有15名乘員和20名乘客的黑暗空間

7、甚至黑暗空間站永遠也建不出來，也許只是一些氣球而不是永久性的設施在那個高度。然而他們可以獲得動力飛艇到達上層大氣或者中層大氣，不僅僅是無人駕駛的，而是載人的。

8、在42公里的高度只會存在自動駕駛的氣球和飛艇？

或者其它的觀點。你對可返回式的真實尺度達公里級的飛艇看法如何？或者小規模的例如泰坦，金星和地球大氣中的VAMP？對加速入軌怎麼看？對於一個接近真空的容器，在高海拔如何突破音障都是個大問題。