平流層真空飛船

真空飛船（Vacuum Airship）是一種以真空容器取代氫氣容器或氦氣容器來提供升力的假想中的飛船。此構想最早由義大利的Francesco Lana de Terzi在1670年提出，真空球是浮力升力終極的實現方法。

此項技術雖然理論上可行，但因為其對材料的要求極端苛刻，以至於當今人類無法製造出能夠滿足建造真空飛船的材料。

在地面上，一個標準大氣壓環境下如果建造一個真空容器，其每平米所受到的大氣壓在10噸左右。當今的材料無法支撐一個輕質球體承受如此巨大的大氣壓。

眾所周知，海拔越高氣壓越低。在海平面，大氣壓約為1000hpa在海拔20KM，大氣壓約為72hpa（大約相當於1/14標準大氣壓）在海拔25KM，大氣壓約為25hpa（大約相當於1/40標準大氣壓）在海拔30KM，大氣壓約為10hpa（大約相當於1/100標準大氣壓）

因此，如果在海拔25KM以上（平流層）建造一個真空飛艇從技術層面來講是可行的。

基本介紹

• 中文名：平流層真空飛船

真空飛船是一個被提出很多年的概念，雖然當今科技無法在地面上製造真空飛船，但是在高海拔低氣壓環境下建造一艘永久漂浮在平流層的真空飛船，用以替代傳統人造衛星是可行的。

在標準大氣壓下，真空容器每平米受到大約相當於10噸的大氣壓（10000公斤）

如果在海拔20KM，真空容器每平米受到的大氣壓大約為0.71噸（710公斤）

如果在海拔25KM，真空容器每平米受到的大氣壓大約為0.25噸（250公斤）

如果在海拔30KM，真空容器每平米受到的大氣壓大約為0.10噸（100公斤）
當今材料科技迅猛發展，例如用以建造平流層飛艇用的常用材料PBO纖維，一根直徑為1毫米的PBO細絲可吊起450千克的質量,其強度是鋼絲纖維的10倍以上。如果以碳纖維桿作為支架，以PBO材料作為蒙皮，製造平流層真空飛船還是可行的。

真空飛艇最大的好處就是可以永久漂浮在平流層！

當今世界，任何材料都無法避免氣體滲漏。常見的氦氣飛艇雖然在蒙皮上進行了專門的防氦氣泄露塗層處理，但他依然無法杜絕氦氣逐步逸散。任何氦氣飛艇在高空作業一段時間後都需要降落後補充氦氣。

但如果採用真空飛船，只要利用真空泵定時將飛船內部滲入的氣體抽出，真空飛船就能保持持續真空，理論上可以永久漂浮在平流層。

更重要的是發射平流層真空飛船的成本遠低於人造衛星！

人造衛星需要運載火箭將衛星加速到足夠高的速度，使衛星達到地球高空軌道後利用自身慣性維持衛星在軌。而平流層真空衛星只需要保證氣囊內部處於真空就能獲得浮力長期停留在平流層。

結構性能

建造和發射平流層真空飛船的過程如下：

首先，在機庫中按照硬殼飛艇結構建造一個飛艇氣囊。外部蒙皮可以採用PBO材料，內部支撐骨架可以採用碳纖維管。（未來，石墨烯材料的製作成本大幅下降後可以考慮採用石墨烯材料製備支撐結構）

在平流層真空飛船的氣囊內部充入氦氣作為支撐，防止地面上大氣壓損毀氣囊。（此時平流層真空飛船建造原理與傳統氦氣飛艇完全相同）

在平流層真空飛船下部裝有真空泵，其主要作用是將平流層真空飛船氣囊內的氣體抽出（真空泵功率不需要很大，因為高空環境外界氣壓較低。低氣壓環境下抽取真空比高氣壓環境下抽取真空更容易）。

除了真空泵，氣囊上還需要安裝單向閥。單向閥的作用是隨著平流層真空飛船上升的過程中外界氣壓也會隨之降低。為了平衡內外氣壓，單向閥可以將平流層真空飛船氣囊內的氦氣向外排出。

之後進入發射流程：

平流層真空飛船的氣囊內充滿氦氣後，擇一良好無風天氣升空。升空過程的前半部分與傳統氦氣飛艇並無兩樣，只是隨著海拔的升高氣囊內的氦氣也會逐漸排出到外界大氣中。

當平流層真空飛船升至海拔25KM時，氣囊內部在真空泵作用下基本處於真空狀態。此時飛艇自重與大氣浮力之間基本達到一個平衡，平流層真空飛船可以穩定漂浮在高空大氣環境下。

發展歷史

平流層真空飛船作為一種新興技術還處於理論設計方面。未來，這種廉價簡單的飛行裝置可以大規模替代傳統人造衛星成為近地軌道衛星的載體。無論是通訊衛星還是探測衛星，平流層真空飛船都可以滿足用戶的需求。