正文 第263章 太空大炮
们通常想象的、类似银行金库门那样坚固的气密舱门，因为压力差很小，作用在舱门上的力也很小，只要密封就行，甚至一张厚塑料片就够了。
当然，你肯定不想以15马赫的速度撞上它，但设置一些自动安全装置并不难，一旦正常开启机构失灵，就可以把炮口封盖炸飞。
不过我们还有一个相当高科技的选择，让人联想到科幻作品中航天飞机货舱里常见的力场——等离子窗。
等离子窗本质上是用等离子体代替玻璃的窗口。我们可以用磁场约束等离子体，在圆柱体内形成一个平面，高温下它与空气的相互作用，类似油和水互不相溶，能阻止空气穿过。
这种技术不仅在低压下有效，在高达标准气压九倍的压力下也能工作，所以在金星、木星等大气密度大得多的星球上也可能派上用场。
它对地球上的质量投射器来说并非必需，但相当巧妙，显然除了给巨型大炮当炮口封盖外，还有更多用途。
当然，它和整门巨型太空炮一样，需要消耗相当大的能量。接下来我们就聊聊能量问题。
因为能量由地面供应，所以发电端不需要什么高科技设备。我个人偏爱核能，但只要电量充足，任何能源都可以。
对于一枚10吨重、以4倍重力加速的舱体，峰值功耗会达到数吉瓦。这是巨大的电量，堪比胡佛水坝，但绝对可行，尤其是因为它只是短暂运行——你可以用电容器、电池，或者专门配备裂变反应堆、太阳能板。
传输电力则更难一些，因为需要高压线路沿着管道全程铺设，为管道各处的磁铁供电。这会给本就很重的管道增加额外重量，而我们还需要想办法把管道支撑到比人类建造过的任何建筑、任何山峰都高的高度。
这是一个相当大的工程难题，因为炮管要伸出地面数公里，重量是个大问题，风也是。
说到太空电梯，我们一直讨论的是相当细且密度大的绳索，即使在飓风中，相比张力和重量等其他作用力，作用在绳索上的力也不算大。
但这里我们说的是一根数米宽的空心管道，自身重量不大，却要承受巨大的风力。不过随着高度升高，管道不需要像底部那样坚固，因为外部压力降低，风力也会减弱。
所以必须想办法把管道悬空固定，最好还能抵御风力。
第一个也是最明显的方案，是巨型塔架，按需要间隔布置，支撑管道，底部比顶部宽，原因我们在太空电梯那期讲过。这是一种相当耗材的方案，摩天大楼造价极其昂贵，而这些塔架要高得多，但物理上是可行的。而且我们建的是塔架，不是摩天大楼，成本要低得多。
1963年建于北达科他州的kvly电视塔，至今仍是西半球最高的建筑，2010年之前一直是世界最高，直到被哈利法塔超越。不过后者在21世纪耗资数十亿美元、耗时数年建成，而前者半个世纪前、技术更落后的情况下，只花了50万美元，只用了一个月就建成了。
如今用现代材料和更高预算，我们可以建得更高，所以不要轻易否定这种更传统的方案。
不过我还要简单提另外两种方案，详细解释会留到本系列后期。
一种是气球，可以是悬挂管道的气球，也可以是本身具备浮力的塔。我们已经能把气球送到50公里高空，当然如果要承载重量，高度会低一些，但即便如此，对太空炮来说也足够了——那里的空气比地面稀薄好几个数量级，虽然仍有显著的空气动力学影响，但能让物体以更高速度射出，而不会承受过大的空气作用力。
如果不追求抛射体达到轨道速度，只需要天钩对接速度，这是个不错的选择。不用说，用气球支撑结构会面临很多问题。
我们还有主动支撑方案，我之前提到过。详细解释会放在即将推出的太空塔一期，现在先简单说明：它通过向上发射物体，让平台或塔悬浮起来。从某种意义上说，它和质量投射器相反——地面上有一个小型投射器，向上发射高速带电粒子，管道通过电磁力让粒子减速，而非加速，管道获得向上的动量，从而保持悬空。切断粒子流，管道就会下落，这也是“主动支撑”的由来。
不过别以为这会让管道猛地砸向地面，我们说的就是用来加速舱体的那根空心管道，只是更薄一些，稍后我们会看到这相当安全。
首先我们来聊聊在地球以外使用这种技术。本系列主要聚焦于脱离地球，所以今天大部分内容都围绕地球展开，但和其他期一样，我想花几分钟聊聊在地球以外的星球使用这项技术。
在月球、小行星等无大气天体上，这是运输大宗金属的绝佳方式。我们可以在月球上建造大型金属加工厂，把产品运回地球轨道，成本可能比从地球发射低得多。
这里也是发射远征飞船的理想地点，因为引力极小，且没有空气消耗初始燃料。而且在那里建造设施成本低得多。
月球和其他类似天体引力小，所以搭建炮管支架更容易，甚至不需要搭建——我们把炮管抬高是为了避开大气层，减少飞船或抛射体受到的摩擦和阻力，而大多数低引力天体几乎没有大气层。
不过土星的卫星土卫六是个例外，它的引力只有地球的14，逃逸速度仅2600米/秒，是地球的23；但它的大气层比地球浓密得多。所以土卫六是建造地球式设备的理想地点，更低的引力让建造更轻松，金星可以说也是如此。
有趣的是，这两个星球都富含氮——氮在太阳系其他地方并不丰富，却是建造地外居住空间的关键物质，无论是改造商场之类的场所、在月球和小行星上建造栖息地，还是在太空中自由漂浮的旋转栖息地都需要。
所以我完全可以预见，金星和土卫六会发展出以太空炮为核心的大型出口产业，把装满加压氮气的巨型薄壁舱体射向太阳系其他地方。考虑到任何大型项目所需的氮气量，用“大炮”来比喻再合适不过了，因为发射舱体的频率可能和机关枪差不多。
在无大气的月球或小行星上，这种设备效果极佳：没有空气摩擦，也不需要坚固的隧道结构来维持真空，就像一条铺设在地表的铁轨，提供电力和反推力，直到速度足够高，就能释放舱体，让它飞入轨道。
但在金星这样有浓密大气层的星球，而且我们主要想开采的就是大气资源时，可以考虑把整个太空炮放在气球上，悬浮在高层大气中。这个气球方案我们会在后续一期详细讲解。
当然，你肯定不想以15马赫的速度撞上它，但设置一些自动安全装置并不难，一旦正常开启机构失灵，就可以把炮口封盖炸飞。
不过我们还有一个相当高科技的选择，让人联想到科幻作品中航天飞机货舱里常见的力场——等离子窗。
等离子窗本质上是用等离子体代替玻璃的窗口。我们可以用磁场约束等离子体，在圆柱体内形成一个平面，高温下它与空气的相互作用，类似油和水互不相溶，能阻止空气穿过。
这种技术不仅在低压下有效，在高达标准气压九倍的压力下也能工作，所以在金星、木星等大气密度大得多的星球上也可能派上用场。
它对地球上的质量投射器来说并非必需，但相当巧妙，显然除了给巨型大炮当炮口封盖外，还有更多用途。
当然，它和整门巨型太空炮一样，需要消耗相当大的能量。接下来我们就聊聊能量问题。
因为能量由地面供应，所以发电端不需要什么高科技设备。我个人偏爱核能，但只要电量充足，任何能源都可以。
对于一枚10吨重、以4倍重力加速的舱体，峰值功耗会达到数吉瓦。这是巨大的电量，堪比胡佛水坝，但绝对可行，尤其是因为它只是短暂运行——你可以用电容器、电池，或者专门配备裂变反应堆、太阳能板。
传输电力则更难一些，因为需要高压线路沿着管道全程铺设，为管道各处的磁铁供电。这会给本就很重的管道增加额外重量，而我们还需要想办法把管道支撑到比人类建造过的任何建筑、任何山峰都高的高度。
这是一个相当大的工程难题，因为炮管要伸出地面数公里，重量是个大问题，风也是。
说到太空电梯，我们一直讨论的是相当细且密度大的绳索，即使在飓风中，相比张力和重量等其他作用力，作用在绳索上的力也不算大。
但这里我们说的是一根数米宽的空心管道，自身重量不大，却要承受巨大的风力。不过随着高度升高，管道不需要像底部那样坚固，因为外部压力降低，风力也会减弱。
所以必须想办法把管道悬空固定，最好还能抵御风力。
第一个也是最明显的方案，是巨型塔架，按需要间隔布置，支撑管道，底部比顶部宽，原因我们在太空电梯那期讲过。这是一种相当耗材的方案，摩天大楼造价极其昂贵，而这些塔架要高得多，但物理上是可行的。而且我们建的是塔架，不是摩天大楼，成本要低得多。
1963年建于北达科他州的kvly电视塔，至今仍是西半球最高的建筑，2010年之前一直是世界最高，直到被哈利法塔超越。不过后者在21世纪耗资数十亿美元、耗时数年建成，而前者半个世纪前、技术更落后的情况下，只花了50万美元，只用了一个月就建成了。
如今用现代材料和更高预算，我们可以建得更高，所以不要轻易否定这种更传统的方案。
不过我还要简单提另外两种方案，详细解释会留到本系列后期。
一种是气球，可以是悬挂管道的气球，也可以是本身具备浮力的塔。我们已经能把气球送到50公里高空，当然如果要承载重量，高度会低一些，但即便如此，对太空炮来说也足够了——那里的空气比地面稀薄好几个数量级，虽然仍有显著的空气动力学影响，但能让物体以更高速度射出，而不会承受过大的空气作用力。
如果不追求抛射体达到轨道速度，只需要天钩对接速度，这是个不错的选择。不用说，用气球支撑结构会面临很多问题。
我们还有主动支撑方案，我之前提到过。详细解释会放在即将推出的太空塔一期，现在先简单说明：它通过向上发射物体，让平台或塔悬浮起来。从某种意义上说，它和质量投射器相反——地面上有一个小型投射器，向上发射高速带电粒子，管道通过电磁力让粒子减速，而非加速，管道获得向上的动量，从而保持悬空。切断粒子流，管道就会下落，这也是“主动支撑”的由来。
不过别以为这会让管道猛地砸向地面，我们说的就是用来加速舱体的那根空心管道，只是更薄一些，稍后我们会看到这相当安全。
首先我们来聊聊在地球以外使用这种技术。本系列主要聚焦于脱离地球，所以今天大部分内容都围绕地球展开，但和其他期一样，我想花几分钟聊聊在地球以外的星球使用这项技术。
在月球、小行星等无大气天体上，这是运输大宗金属的绝佳方式。我们可以在月球上建造大型金属加工厂，把产品运回地球轨道，成本可能比从地球发射低得多。
这里也是发射远征飞船的理想地点，因为引力极小，且没有空气消耗初始燃料。而且在那里建造设施成本低得多。
月球和其他类似天体引力小，所以搭建炮管支架更容易，甚至不需要搭建——我们把炮管抬高是为了避开大气层，减少飞船或抛射体受到的摩擦和阻力，而大多数低引力天体几乎没有大气层。
不过土星的卫星土卫六是个例外，它的引力只有地球的14，逃逸速度仅2600米/秒，是地球的23；但它的大气层比地球浓密得多。所以土卫六是建造地球式设备的理想地点，更低的引力让建造更轻松，金星可以说也是如此。
有趣的是，这两个星球都富含氮——氮在太阳系其他地方并不丰富，却是建造地外居住空间的关键物质，无论是改造商场之类的场所、在月球和小行星上建造栖息地，还是在太空中自由漂浮的旋转栖息地都需要。
所以我完全可以预见，金星和土卫六会发展出以太空炮为核心的大型出口产业，把装满加压氮气的巨型薄壁舱体射向太阳系其他地方。考虑到任何大型项目所需的氮气量，用“大炮”来比喻再合适不过了，因为发射舱体的频率可能和机关枪差不多。
在无大气的月球或小行星上，这种设备效果极佳：没有空气摩擦，也不需要坚固的隧道结构来维持真空，就像一条铺设在地表的铁轨，提供电力和反推力，直到速度足够高，就能释放舱体，让它飞入轨道。
但在金星这样有浓密大气层的星球，而且我们主要想开采的就是大气资源时，可以考虑把整个太空炮放在气球上，悬浮在高层大气中。这个气球方案我们会在后续一期详细讲解。
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