專(zhuān)利名稱(chēng)：用于調(diào)制重力與發(fā)射載具之方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本規(guī)范涉及宏觀地形之選擇與人為的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之選擇，用于建立有效的調(diào)制重力狀況和載具之發(fā)射。
背景技術(shù)：
自從早期的太空計(jì)劃起，美國(guó)航天局使用飛機(jī)在拋物線路徑飛行，進(jìn)行了低重力實(shí)驗(yàn)，以訓(xùn)練水星計(jì)劃宇航員。微重力的品質(zhì)是由飛行員的技術(shù)，天氣和飛機(jī)所決定。持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間之微重力實(shí)驗(yàn)則須在軌道系統(tǒng)進(jìn)行。據(jù)了解，各種材料，技術(shù)流程與生物系統(tǒng)，在微重力條件下，顯現(xiàn)出和典型的地球引力下不同的行為特性。低重力之環(huán)境的娛樂(lè)價(jià)值已普遍為大眾所知，因?yàn)橐延薪?jīng)營(yíng)零重力之公司在為付費(fèi)客戶(hù)提供零重力的拋物線飛行。商業(yè)太空飛行先驅(qū)計(jì)劃的次軌道飛行，也已接受預(yù)訂。這類(lèi)飛行對(duì)飛行器之結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加高應(yīng)力，提供的低重力時(shí)間短暫。機(jī)載低重力環(huán)境可以理解的是昂貴的。太空低重力環(huán)境更 是昂貴。這些和其它因素限制了現(xiàn)有系統(tǒng)的實(shí)用性。當(dāng)今在游樂(lè)園或研究設(shè)施中之零重力下落塔，因其垂直高度之限制，它們只能產(chǎn)生幾秒鐘之零重力時(shí)間。對(duì)人們體驗(yàn)失重的感覺(jué)，這短暫時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。使用專(zhuān)門(mén)的更高之自由下落塔以實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的零重力是不切實(shí)際的，因?yàn)?，專(zhuān)用的高塔結(jié)構(gòu)將難以超過(guò)150米。2，空氣阻力和摩擦力會(huì)阻止下降速度，而慢于理想的自由下落速度要求。3，最重要的是，他們只能利用自由落體之原理產(chǎn)生零重力。這些都是發(fā)明人所要克服的阻礙因素。德國(guó)專(zhuān)利號(hào)DE 20114763U1，標(biāo)題云霄飛車(chē)有一段拋物線形路徑，使在艙內(nèi)之乘坐者覺(jué)得沒(méi)有重力影響。然而，該說(shuō)明沒(méi)有提到拋物線軌道之垂直高度。由于同樣的原因，實(shí)際失重時(shí)間不可能超過(guò)現(xiàn)有的零重力設(shè)施。實(shí)踐這一概念之錯(cuò)誤是車(chē)輪在零重力下會(huì)完全喪失與軌道之牽引力，而以高速脫離軌道。此外，模擬測(cè)試和評(píng)估在月球或火星表面上之設(shè)備及操作過(guò)程，需要低重力，低重力即是在零重力和地球的引力之間的重力。使用落體方式模擬次重力超過(guò)八秒就非常昂貴，且問(wèn)題重重。例如，大氣下落之密閉艙可在高海拔從飛機(jī)上丟下，以模擬火星重力40秒。這從理論上是可能的，但卻不存在由于極其復(fù)雜的制動(dòng)和平衡機(jī)制，需要保持密閉艙對(duì)地球下降加速度為地表下降加速度之5/8，以體驗(yàn)剩余加速度3/8于密閉艙內(nèi)，如同在火星表面上。載人之密閉艙將更加困難由于對(duì)安全的需求。一個(gè)可行的解決辦法是使用飛機(jī)沿拋物線路徑飛行來(lái)模擬低重力，原理類(lèi)似零重力飛行。美國(guó)專(zhuān)利號(hào)碼6743019，是用拋物線飛行模擬低重力，飛機(jī)沿拋物線飛行路徑期間機(jī)艙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生斜坡，機(jī)艙內(nèi)不同的坡度是由于飛機(jī)姿態(tài)的改變而產(chǎn)生。該專(zhuān)利發(fā)明之方法抵銷(xiāo)了不需要的坡度。該發(fā)明于機(jī)身內(nèi)部部署了先進(jìn)掛載的球形試驗(yàn)室，用以平衡坡度。這方法亦大幅減少了可用的空間。此外，自從早期的導(dǎo)彈和太空時(shí)代，載具使用火箭推進(jìn)器發(fā)射到外層空間的目標(biāo)或在軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。而航天器的重量絕大在于主火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和所需的燃料和氧化劑。因此，很少有剩余的可用在載具本身之重量和有效負(fù)載達(dá)到地球的軌道。航天器不論是載人或無(wú)人，成本都極聞。其有效載荷比例僅為I %左右，而且復(fù)雜和非常昂貴又危險(xiǎn)。另一種方式發(fā)射航天器進(jìn)入低地球軌道(LEO)或次軌道使用母船攜帶火箭至高空以節(jié)省重量和燃料。如維珍銀河公司使用白騎士 II為母船攜帶太空火箭船II到地球的次軌道。美國(guó)專(zhuān)利6311926號(hào)太空電車(chē)是一種新的方式以發(fā)射航天器進(jìn)入軌道環(huán)繞地球。使用懸空的磁浮管于地球上有一個(gè)入口和高空之一個(gè)出口。懸空磁浮管內(nèi)需真空，通過(guò)推動(dòng)太空載具達(dá)到逃逸速度。懸空的結(jié)構(gòu)很容易受到天氣的損害。如果管內(nèi)需真空，管結(jié)構(gòu)將承受巨大的大氣壓力。這樣的懸空管所有必需的材料和結(jié)構(gòu)必須制造和組裝。本發(fā)明采用永久導(dǎo)管可以解決這些問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)更加可靠和經(jīng)濟(jì)方式發(fā)射航天器。
鑒于上述所有弊端，本發(fā)明提供以陸地為基地的方法和設(shè)備改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)生零重力方式，可變重力和發(fā)射載具的方法。一個(gè)觀光業(yè)務(wù)之公司將能夠經(jīng)營(yíng)這種零重力的游樂(lè)園。所披露的另一具體實(shí)施方式
是選擇和利用地形特征，用地形結(jié)構(gòu)之完整性調(diào)制重力和發(fā)射載具。發(fā)射航天器進(jìn)入軌道的費(fèi)用也可大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一個(gè)陸地為基地之載具引導(dǎo)系統(tǒng)，用以調(diào)制重力或發(fā)射載具。有些文獻(xiàn)翻譯(Modulate)為調(diào)變，本文將一致使用調(diào)制。利用建筑物和地形特征之選擇作為宏觀的垂直距離結(jié)構(gòu)。該方法并行使用往上和往下載具的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生兩倍零重力時(shí)間。原理是并用慣性和自由落體兩者產(chǎn)生零重力?，F(xiàn)今使用下落法只利用自由落體原理產(chǎn)生零重力。隨著高功率線性電磁馬達(dá)的實(shí)現(xiàn)，可有效地垂直向上加速負(fù)載而利用慣性來(lái)調(diào)制重力。相同的設(shè)備可用于發(fā)射載具，使載具在導(dǎo)引的頂部獲得了足夠的初始速度，以一個(gè)較小的火箭達(dá)到地球的軌道或其它目的地。有些具體實(shí)施方式
是以有效的電力分配以降低運(yùn)營(yíng)和建造成本。美國(guó)專(zhuān)利7830047直線電機(jī)的幾何與持續(xù)電流使用磁鐵以及其它出版物，例如，通用原子公司之電磁計(jì)畫(huà)概況，都說(shuō)明了電磁發(fā)射器在近幾年迅速發(fā)展。資料中還揭示了這些國(guó)防科技的供應(yīng)商。本發(fā)明是另一種商業(yè)應(yīng)用這些最新的技術(shù)。


圖I顯示了載具和部分載具導(dǎo)引和控制的方塊圖。圖2A顯示了如何選擇垂直的距離用為操作載具之空間，注入點(diǎn)和恢復(fù)點(diǎn)。圖2B顯示了不同的使用該系統(tǒng)用為載具的發(fā)射。圖3顯示了另一個(gè)選擇垂直距的離用為操作載具之空間，注入點(diǎn)和恢復(fù)點(diǎn)。圖4顯示多個(gè)載具導(dǎo)引之協(xié)同運(yùn)作。圖5A顯示了循環(huán)來(lái)操作指南車(chē)多輛。圖5B顯示了一個(gè)停車(chē)機(jī)制，引導(dǎo)車(chē)輛單回路。圖6顯示了載具系統(tǒng)控制功能方塊圖。圖之參考數(shù)詞100載具和部分載具導(dǎo)引系統(tǒng)102載具104，106，108載具艙內(nèi)空間105，107，109載具之入口
110，112載具導(dǎo)引116可釋放之機(jī)構(gòu)120載具控制子系統(tǒng)122載具導(dǎo)引控制子系統(tǒng)124通訊子系統(tǒng)126系統(tǒng)控制130使用者接口子系統(tǒng)200載具導(dǎo)引與地形結(jié)構(gòu)202地形輪廓204載具導(dǎo)引之高度206頂端208底端210注入點(diǎn)
212加速距離與方向214自由上升之距離與方向220恢復(fù)點(diǎn)222自由下落之距離與方向224制動(dòng)之距離與方向230載具240運(yùn)輸隧道260載具準(zhǔn)備發(fā)射262載具加速中264載具發(fā)射后310建筑結(jié)構(gòu)312建筑高度314地面層316井狀結(jié)構(gòu)318井之深度320載具導(dǎo)引之高度330注入點(diǎn)332加速距離與方向334自由上升之距離與方向340恢復(fù)點(diǎn)342自由下落之距離與方向344制動(dòng)之距離與方向350 載具400多個(gè)導(dǎo)引組合410 導(dǎo)引一412 載具一420 導(dǎo)引二422 載具二430導(dǎo)引三440導(dǎo)引四450導(dǎo)引五460導(dǎo)引六470恢復(fù)點(diǎn)472注入點(diǎn)480導(dǎo)引頂端482導(dǎo)引底端500導(dǎo)引回路一502導(dǎo)引回路二510頂端512底端520，522，524曲線導(dǎo)引段526載具移動(dòng)方向530頂端部分532底端部分550水平?？繖C(jī)構(gòu)560垂直?？繖C(jī)構(gòu)570延伸之導(dǎo)軌600系統(tǒng)控制602排班與調(diào)度控制604載具控制610電力分配控制612監(jiān)督子系統(tǒng)620運(yùn)動(dòng)控制622停靠控制624艙內(nèi)環(huán)境控制630推動(dòng)力控制632制動(dòng)控制640機(jī)械式制動(dòng)控制642再生式制動(dòng)控制
具體實(shí)施例方式第一和基本的
具體實(shí)施例方式圖I顯不了載具102和載具導(dǎo)引系統(tǒng)100之部分。如圖所不,該系統(tǒng)包括載具102含有艙內(nèi)空間104，106，108。載具可以移動(dòng)地耦合到一個(gè)垂直之載具導(dǎo)引110或多個(gè)類(lèi)似之導(dǎo)引110，112。熟悉此技藝者將了解，導(dǎo)引110，112是為了導(dǎo)引一個(gè)特定的應(yīng)用需求的機(jī)制。因此，正如下文詳細(xì)討論的導(dǎo)引作用機(jī)制可能包括任何一個(gè)或多種設(shè)備，如各種材料之導(dǎo)軌，線性電磁推進(jìn)設(shè)備，速度感應(yīng)器，加速度計(jì)，及其它目前存在或發(fā)展中之支撐與釋放的機(jī)制116。載具導(dǎo)引提供載具的動(dòng)力。艙內(nèi)空間可以是多層樓的與多個(gè)出入口 105，107，109，如圖所示。載具本身沒(méi)有推進(jìn)器。依應(yīng)用之需，載具可以脫離載具導(dǎo)引。根據(jù)某些方面和發(fā)明的具體實(shí)施方式
，載具和導(dǎo)引系統(tǒng)100包括載具控制子系統(tǒng)120和導(dǎo)引控制子系統(tǒng)122，至少一部分載具控制子系統(tǒng)120是在載具102內(nèi)處理。載具控制子系統(tǒng)120和載具導(dǎo)引控制子系統(tǒng)122通過(guò)一個(gè)通信子系統(tǒng)124耦合到系統(tǒng)控制126。 載具控制子系統(tǒng)120和載具導(dǎo)引控制子系統(tǒng)122控制速度與釋放的機(jī)制116。釋放的機(jī)制116用于載具發(fā)射運(yùn)作模式時(shí)以松脫載具。如某些具體實(shí)施方式
，系統(tǒng)控制126耦合到用戶(hù)接口子系統(tǒng)130。根據(jù)發(fā)明的某些方面，用戶(hù)界面子系統(tǒng)130允許監(jiān)管人員和現(xiàn)狀監(jiān)管信息系統(tǒng)之間的通信。各子系統(tǒng)可控制操作載具102產(chǎn)生的慣性環(huán)境，以在一定的時(shí)間間隔有效調(diào)制重力。圖2A顯示載具導(dǎo)引系統(tǒng)200的總高度204。所示具體實(shí)施方式
，地形剖面202之橫截面。為載具導(dǎo)引選擇宏觀的垂直距離204。今天最深的豎井礦坑超過(guò)3500米或超過(guò)2英里。用于載具導(dǎo)引類(lèi)似的深井在結(jié)構(gòu)上應(yīng)是健全的。載具導(dǎo)引的頂端是206，導(dǎo)引的底端是 208。載具230于注入點(diǎn)210時(shí)上升的加速結(jié)束。從這時(shí)起，載具及一切內(nèi)部將以同樣的減速度g減慢，因此載具230內(nèi)部是處于失重的狀態(tài)。212是上升加速載具230的距離和方向。214是載具230以慣性自由上升的距離和方向。載具230于恢復(fù)點(diǎn)220時(shí)自由下落結(jié)束。從這點(diǎn)起，載具開(kāi)始減速在底點(diǎn)208停止。在本發(fā)明中，是用電磁制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)發(fā)電，類(lèi)似混合動(dòng)力汽車(chē)的原則。該載具的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。222是自由下落的距離和方向，和224是載具減速的距離和方向。根據(jù)該具體實(shí)施方式
的原則，注入點(diǎn)210和恢復(fù)點(diǎn)220不是固定的。這些點(diǎn)的位置是可編程的，這取決于載具230是要如何加速或減慢。在被用作載具發(fā)射系統(tǒng)的極端的情況下，注入點(diǎn)210將正好與頂點(diǎn)206重合，且沒(méi)有恢復(fù)點(diǎn)。理想的情況下，在注入點(diǎn)210后載具以慣性自由上升時(shí)不需任何動(dòng)力。在恢復(fù)點(diǎn)前的自由下落時(shí)亦不需任何動(dòng)力。然而，為彌補(bǔ)空氣阻力和其它摩擦力，仍有必要調(diào)節(jié)低功率動(dòng)力。載具導(dǎo)引利用地形的結(jié)構(gòu)202之完整性，獲得最大的垂直距離用于載具的運(yùn)作。地下底部的位置應(yīng)靠近鐵路隧道240以便運(yùn)輸。這具體實(shí)施方式
的優(yōu)點(diǎn)是提供最長(zhǎng)的零重力時(shí)間，和更長(zhǎng)的距離加速載具以利于載具之發(fā)射。圖2B顯示了一種不同的運(yùn)作模式，載具導(dǎo)引作為載具之發(fā)射。260是一準(zhǔn)備發(fā)射之載具。262是沿著導(dǎo)引在加速之載具，動(dòng)力由載具導(dǎo)引供應(yīng)。發(fā)射后之載具264調(diào)整頃角以投射往目的。發(fā)射的載具264獲得了初速度并啟動(dòng)它自己的推進(jìn)動(dòng)力。
圖3顯示了一個(gè)具體實(shí)施方式
可鄰近都會(huì)區(qū)作為一旅游景點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。所示實(shí)施例中顯示了一個(gè)人造的結(jié)構(gòu)310在地面314以上具有高度312，和井身結(jié)構(gòu)316有一地面下深度318。這種組合有一個(gè)宏觀的垂直距離320。330是注入點(diǎn)。332是供載具350加速之距離和方向。334是供載具自由上升的距離和方向。340是恢復(fù)點(diǎn)。342是供載具350自由下落之距離和方向。344是供載具減速之距離。根據(jù)本發(fā)明的基本原則，載具在導(dǎo)引路徑上每個(gè)點(diǎn)的速度由電腦計(jì)算的速度所控制，因而在載具內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)所要的重力加速度，或G力。為厘清觀念，將對(duì)于特定的范例系統(tǒng)介紹更多細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施方式
之運(yùn)作從理論或數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，垂直零重力載具是今天的零重力飛行之一種特殊情況。這就是說(shuō)，如果今天的零重力飛行的水平速度可能為零，這即是垂直零重力載具機(jī)。乘客無(wú)法感覺(jué)任何差異。沒(méi)有儀器可以檢測(cè)到任何不同。然而，從操作和儀器設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，他們是完全不同的系統(tǒng)。 從線性的等加速或減速運(yùn)動(dòng)方程組，我們得到V = gt 方程式 Ih =會(huì)g t2方程式2V2 = 2gh 方程式 3其中V是最終的速度，從靜止開(kāi)始，加速一段時(shí)間t后，請(qǐng)注意，V可以也代表了最初的速度，然后減速一段時(shí)間t而停了下來(lái)h是移動(dòng)的距離，也就是總高度g為接近地球表面的重力加速度為了便于理解概念，我們用科學(xué)的公制量度和近似值10米/sec2代替9. 81m/sec2作為g值。運(yùn)作模式產(chǎn)生失重以一個(gè)在山區(qū)地形中的3000米深井結(jié)構(gòu)的例子如圖2a 載具從最高點(diǎn)3000米自由下落到1000米的高度，這一點(diǎn)即是恢復(fù)點(diǎn)。行經(jīng)之距離為2000米。所需的時(shí)間可從方程式2得知，是t = 20秒。這是載具內(nèi)失重的時(shí)間。從方程式I得知，于此恢復(fù)點(diǎn)速度為200米/秒。這些數(shù)字可以用方程式3驗(yàn)證一致性。有1000米之距離使載具停住。如果載具從這個(gè)恢復(fù)點(diǎn)以2g減速，我們方程式2得t= 10秒。所需要的距離是1000米，從方程式2或3。在此期間，乘客將承受到3G，因?yàn)榈厍虻囊χ瓽加上2G的減速。人體平躺在地板上可以安全地承受3G。載具從底部以2G加速與到1000米。我們稱(chēng)此點(diǎn)為注入點(diǎn)。使用方程式3得知在這個(gè)注入點(diǎn)將以200米/秒的速度上行。從這個(gè)注入點(diǎn)以上，載具以慣性減速自由上升。由于載具和它里面的任何物體以同樣的減速度g減慢，這段時(shí)間內(nèi)乘客將體驗(yàn)失重，再?gòu)姆匠淌?得知這是20秒。從方程式3得知載具及其內(nèi)所有的載荷達(dá)到頂點(diǎn)時(shí)的速度為零。升至頂點(diǎn)后，車(chē)輛將再次以自由下落之速度向下，再體驗(yàn)失重20秒，這種方式在載具內(nèi)可以產(chǎn)生總共持續(xù)40秒的失重狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程可以重復(fù)或停止在底部。使用建筑物高度加井深總共1200米，以操作載具載具從頂點(diǎn)的1200米的高度自由下降至恢復(fù)點(diǎn)，其高度為400米。行駛距離為800米。所需的時(shí)間可從方程式2推導(dǎo)出，t= 12. 6秒，這是載具內(nèi)失重之時(shí)間。從方程式I得知速度為126米/秒。這些數(shù)據(jù)可以用方程式3驗(yàn)證一致性。還有400米之距離使載具停住。如果載具以2G減速，從公式2我們得到t = 6. 3秒。從公式2或3，所需要的距離是400米。在此期間，乘客將承受到3G的重力，因?yàn)榈厍虻囊α砑?G的減速度。載具以2g加速度從底部加速到400米，即注入點(diǎn)。用方程式3得知速度將是126米/秒。從注入點(diǎn)以上，載具以慣性減速。由于載具內(nèi)的任何物體都是以同樣的速度減速，從方程式2得知在這段時(shí)間內(nèi)乘客將體驗(yàn)失重12. 6秒。再次從方程式3得知載具及其所有的載荷達(dá)到頂點(diǎn)的速度為零。到頂點(diǎn)后，載具自由下落。載具內(nèi)共可產(chǎn)生連續(xù)25. 2秒的失重狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程可以重復(fù)。這種方法原可以使今天游樂(lè)園的自由落體塔失重的時(shí)間增加一倍，但今天的自由落體塔不能利用這種慣性自由上升 的方法，因?yàn)闆](méi)有安全的技術(shù)。它需要一個(gè)強(qiáng)大的，可控制的彈射器拋射物體。在最新的電磁彈射器之前，使用爆炸物或其它方式是不實(shí)際的。運(yùn)作模式調(diào)制低重力為了達(dá)到這個(gè)目的，載具必須“吸收“掉部分在地球表面之重力加速度g，使“剩余“加速度可用于載具內(nèi)模擬所需的低重力。調(diào)制在月球上重力之方法如下月球?qū)Φ厍虮砻娴闹亓铀俣缺萈為1/6或16%的g。載具系統(tǒng)必須吸收掉I-P=5/6之地球的引力加速度，以在載具內(nèi)產(chǎn)生l/6g。載具從底部以高G加速到一定高度，即注入點(diǎn)。在此之后，控制載具以(I-P) g的減速度一路攀升到頂點(diǎn)，載具內(nèi)將有月球的重力。從頂點(diǎn)，控制載具以(l-P)g加速下降至所謂的恢復(fù)點(diǎn)。在此期間，載具內(nèi)也將有月球的重力。恢復(fù)點(diǎn)之后，載具以高G剎車(chē)減速，直到停止在底部。這個(gè)過(guò)程可以重復(fù)。載具之運(yùn)動(dòng)再次受到前述之三個(gè)等加速度方程式所主宰?；鹦侵亓φ{(diào)制的方法如下火星表面上之重力加速度是3. 72meters/sec2,或比值P是大約3/8。載具系統(tǒng)必須“消耗掉“1-P的=5/8地球重力加速度g，以在載具內(nèi)產(chǎn)生3/8g。這就是說(shuō)載具必須是以6. 09meters/sec2加速度下落，或以6. 09meters/sec2減速度上升。另一具體實(shí)施方式
說(shuō)明由于以高G加速零重力載具需要之電力超過(guò)公共電力系統(tǒng)所能夠負(fù)荷，前述之基本具體實(shí)施方式
需要一個(gè)私營(yíng)的輔助能源儲(chǔ)存子系統(tǒng)，例如電池或電容器等，，才能運(yùn)作。用在船艦上發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的電磁飛機(jī)發(fā)射系統(tǒng)(EMALS)，電能是以動(dòng)能方式儲(chǔ)存在高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)之巨大轉(zhuǎn)子。電磁飛機(jī)發(fā)射系統(tǒng)使用這種能量存儲(chǔ)子系統(tǒng)提供一個(gè)短暫脈沖之高功率的電能以?huà)伾浜＼婏w機(jī)至飛行速度。此能源儲(chǔ)存子系統(tǒng)需要四十至五十秒才能恢復(fù)其全部功率，這周期時(shí)間對(duì)本發(fā)明應(yīng)用會(huì)太長(zhǎng)。在油電混合動(dòng)力汽車(chē)?yán)?，再生制?dòng)產(chǎn)生的電能是儲(chǔ)存在電池中以便立即可驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。相似這類(lèi)的設(shè)計(jì)對(duì)本發(fā)明零重力載具系統(tǒng)設(shè)施將會(huì)太昂貴且不切實(shí)際。另一種具體實(shí)施方式
以解決公共電力系統(tǒng)不足之描述如下。其原理是協(xié)調(diào)使用多個(gè)載具和載具引導(dǎo)，通過(guò)安排和調(diào)度載具，當(dāng)一載具減速時(shí)，它的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能像一臺(tái)發(fā)電機(jī)，另一載具正從底部在往上加速消耗產(chǎn)生之電能。以適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔調(diào)度車(chē)輛，運(yùn)作時(shí)之電力消耗和建造成本能降到最低。類(lèi)似海軍飛機(jī)發(fā)射系統(tǒng)需要之一個(gè)昂貴的能源儲(chǔ)存子系統(tǒng)則可以免除之。圖4顯示了一組400多數(shù)個(gè)載具導(dǎo)引，410，420，430，440，450，460和多數(shù)個(gè)載具412，422等。每一個(gè)載具導(dǎo)引與其上之載具就像前面所描述的具體實(shí)施方式
一樣。所連接的多數(shù)組套系統(tǒng)使用單一的控制和配電系統(tǒng)。該多數(shù)組套系統(tǒng)是在一個(gè)有協(xié)調(diào)策劃的方式下操作，這樣當(dāng)一載具412到達(dá)恢復(fù)點(diǎn)470，開(kāi)始發(fā)電，另一載具422同時(shí)從底部482向上加速開(kāi)始消耗電功率。另一種具體實(shí)施方式
之操作范例載具調(diào)度之操作范例如圖4 :假定設(shè)計(jì)一個(gè)24秒之零重力系統(tǒng)，12秒的零重力時(shí)間是從自由上升，其余12秒零重力是從自由下落。而達(dá)到共持續(xù)24秒零重力。在這種情況下是需要高度l/2g t2 = 720米,使用g = 10m/sec2t = 12秒另有六秒鐘需要用來(lái)以2g的減速減慢載具，以到底端速度為O。也需要六秒鐘用 來(lái)以2g加速載具。需要的高度是l/22g t2 = 360米，其中，t = 6秒?？偢叨葹?20+360 = 1080米。在這個(gè)基本設(shè)計(jì)，恢復(fù)點(diǎn)和注射點(diǎn)都在底部以上360米。一個(gè)周期共有12+12+6+6 = 36秒，也就是每個(gè)周期有持續(xù)24秒零重力時(shí)間，與12秒的高重力時(shí)間。載具從恢復(fù)點(diǎn)減慢到底端所需的時(shí)間為6秒。載具從底端加速到注入點(diǎn)也是6秒。因此，載具調(diào)度發(fā)送時(shí)間間隔為6秒。由于每個(gè)周期為36秒，這個(gè)特定的系統(tǒng)共需要6臺(tái)載具和載具導(dǎo)引，如圖4。一個(gè)簡(jiǎn)單的啟始配置是將所有載具都位于頂部，于圖4之480。每六秒鐘發(fā)送一載具。當(dāng)一載具412到達(dá)恢復(fù)點(diǎn)470，它會(huì)產(chǎn)生電力交還給公共電力系統(tǒng)網(wǎng)。六秒鐘后，載具412到達(dá)底端，而另一載具則到達(dá)恢復(fù)點(diǎn)470并產(chǎn)生電力，載具412正在從底端加速，使用另一載具所產(chǎn)生之電力。同一順序適用于其余的載具。在運(yùn)行的最后，所有載具須返回到頂端。一個(gè)更好的起始配置是有一載具在底端482，其它的載具都在頂端480。時(shí)間安排將如下位于頂端的載具是在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)一個(gè)個(gè)被發(fā)送。引用6秒間隔的例子，當(dāng)載具412達(dá)到恢復(fù)點(diǎn)，載具422從底端開(kāi)始加速，并消耗載具412所產(chǎn)生的電力。六秒鐘后，載具412到達(dá)底端，另一載具將會(huì)到達(dá)恢復(fù)點(diǎn)，載具412使用到達(dá)恢復(fù)點(diǎn)載具所產(chǎn)生的電力。載具422到達(dá)注入點(diǎn)472，開(kāi)始下一個(gè)24秒的零重力，如此繼續(xù)。在最后的周期，五輛載具返回到頂端并停靠在那里，只有一載具停在底端。每次運(yùn)作通常有三十周期，每個(gè)周期36秒，在這個(gè)特殊的例子總共十八分鐘。這種多個(gè)與一個(gè)之開(kāi)始配置的優(yōu)點(diǎn)是可為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。無(wú)需要從外部電源供給脈沖電力。為了省掉另一能量存儲(chǔ)子系統(tǒng)，以節(jié)省設(shè)計(jì)和建造成本，這種多個(gè)與一個(gè)的配置將是較好的具體實(shí)施方式
。另類(lèi)具體實(shí)施方式
說(shuō)明圖5A顯示了兩種可能的形狀500，502用做載具之導(dǎo)引回路。這種導(dǎo)引回路可容納多個(gè)載具以調(diào)制零重力和可變重力?；芈肥怯蓛蓚€(gè)平行的導(dǎo)軌于頂段530和底段532合并，藉由光滑的曲線，520，522，524。載具沿曲線移動(dòng)時(shí)，載具艙內(nèi)將感受到橫向加速度，但這種影響會(huì)很小，因?yàn)樗俣瓤拷敳亢偷撞繒r(shí)將接近零。多個(gè)載具朝著一個(gè)方向運(yùn)行(順時(shí)針或逆時(shí)針)允許多個(gè)載具共享同一導(dǎo)引回路，并且避免碰撞。在圖5A中，沿回路之箭頭方向526指示載具的運(yùn)動(dòng)方向。載具運(yùn)動(dòng)之周期包含載具從一邊平行導(dǎo)軌往上減速運(yùn)行到頂段530停止片刻，然后向下加速運(yùn)行到回路另一邊的導(dǎo)軌。接近回路的底段是需要同樣的運(yùn)動(dòng)方式，一個(gè)載具從一邊平行導(dǎo)軌往下減速至底段532，停止片刻，然后加速往上到回路另一邊的導(dǎo)軌。如此多輛載具可以在一定的時(shí)間間隔發(fā)出，并同時(shí)在回路軌道上運(yùn)行。如此可減少空間和建造成本。圖5B顯示了回路如圖5A之兩種類(lèi)型的?？繖C(jī)制550和560。?？繖C(jī)制550從軌道水平移動(dòng)載具到?？课恢靡员愠丝统鋈?。?？繖C(jī)制560垂直移動(dòng)載具到延長(zhǎng)的導(dǎo)軌570。這些?？繖C(jī)制應(yīng)設(shè)置在頂段530，540，因?yàn)檩d具速度為零。在多個(gè)與一個(gè)之開(kāi)始配置的設(shè)計(jì)中，在回路軌道的底段532不需要這樣的?？繖C(jī)制，因?yàn)橹挥幸惠v載具是?？吭诘锥?。如圖6所不，系統(tǒng)控制600包括一個(gè)調(diào)度控制子系統(tǒng)602和載具控制子系統(tǒng)604。調(diào)度控制子系統(tǒng)還包括電力分配子系統(tǒng)610。調(diào)度子系統(tǒng)602接收操作員輸入，并計(jì)算相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)反應(yīng)措施，包括，例如，調(diào)度和控制發(fā)車(chē)時(shí)間。安全監(jiān)督子系統(tǒng)612說(shuō)明報(bào)告服務(wù)系統(tǒng)的狀態(tài)，自動(dòng)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行速度的制約監(jiān)控和保持載具間距。 以上討論過(guò)本系統(tǒng)之多種操作模式，例如，調(diào)制零重力，火星重力，月球重力和發(fā)射載具。載具控制子系統(tǒng)604依據(jù)操作模式控制載具的屬性和操作某一載具。例如，對(duì)載具的控制和控制子系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)620，其下包括推動(dòng)系統(tǒng)630和制動(dòng)系統(tǒng)632以執(zhí)行設(shè)定之速度。推動(dòng)系統(tǒng)630包括，在各種的實(shí)施方式，為控制系統(tǒng)的電動(dòng)馬達(dá)，線性電磁馬達(dá)，以及任何其它適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)裝置。制動(dòng)系統(tǒng)632包括各種方式，一個(gè)摩擦式640控制剎車(chē)，動(dòng)力再生制動(dòng)642，以及任何其它適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)裝置。依各種具體實(shí)施方式
，控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)處理器，存儲(chǔ)器，接口設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備，數(shù)位到類(lèi)比轉(zhuǎn)換器，放大器和電機(jī)馬達(dá)。依發(fā)明之各種具體實(shí)施方式
，控制系統(tǒng)包括軟件和韌件適應(yīng)控制操作電腦處理器和描述的配套設(shè)備。如圖所示，載具的控制系統(tǒng)604還包括和控制載具?？靠刂?22和載具艙內(nèi)環(huán)境控制624。停車(chē)控制移動(dòng)載具至指定的分配位置以供乘客上下，如圖5B所示。載具艙內(nèi)的環(huán)境控制624是調(diào)節(jié)載具艙內(nèi)的壓力和溫度。根據(jù)先前提到發(fā)明的某些原則，注入點(diǎn)和恢復(fù)點(diǎn)是可編程的。這些點(diǎn)的位置是根據(jù)所要的操作而調(diào)整。這也是為了保證乘客的安全性和舒適度。人體所能承受之高重力與重力的變化率勢(shì)力必須予以考慮，如美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局出版編號(hào)20080078875標(biāo)題減少拋物線飛行時(shí)暈機(jī)的方法應(yīng)用程序。五G是未經(jīng)訓(xùn)練的人舒適度之極限。突然從高重力過(guò)渡到零重力狀態(tài)是一種令人興奮的感覺(jué)，且是安全的。然而，突然從零重力到一個(gè)高重力可能會(huì)造成傷害。在前面的具體實(shí)施方式
例子中，注入點(diǎn)和恢復(fù)點(diǎn)都位于同一高度。實(shí)際上，由于人的因素這些點(diǎn)的位置也應(yīng)作出調(diào)整?？紤]人體能耐受重力的改變，恢復(fù)點(diǎn)220，340和470應(yīng)高于注射點(diǎn)210，330和472，以便有時(shí)間逐步從零重力過(guò)渡到高重力，其結(jié)果如圖2A，圖3和圖4所示。人體可以應(yīng)付突然從高G至零G之變化，沒(méi)有任何安全問(wèn)題。然而，在恢復(fù)點(diǎn)從零G改變到一高G必須漸進(jìn)，以避免受傷。肌肉和骨骼結(jié)構(gòu)，需要時(shí)間來(lái)適應(yīng)重力之增加。研究顯示，這種強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)是一種非常有效的預(yù)防減少肥胖癥。這導(dǎo)致了需要應(yīng)用加速度變化的速率之定義，或稱(chēng)痙攣，用J代表，來(lái)描述一個(gè)變化的加速度和力量。
「 _! Id2 d3s、-i — - 二 -— 二 -^ 方f王式 4
dt dt2 dt2其中a是加速度，V是速度，S是距離。加速度變化的單位，痙攣，是m/sec3。由于力是與加速度成正比的，也意味著力量的變化。每秒半個(gè)g之痙攣，即5米/sec3或更少，可認(rèn)為是安全的。前述基本設(shè)計(jì)的例子，載具從恢復(fù)點(diǎn)至停止在底端，我們使用2g的等減速度，或20meters/sec2,以減緩載具。為了更安全的操作，恢復(fù)點(diǎn)要高于注入點(diǎn)，需額外的時(shí)間從零重力逐漸過(guò)渡到高重力，如圖所示。
在前的述基本例子,從底端到注入點(diǎn)，我們使用2g的等加速度,或20meters/sec2,加速載具。由于人體可從高重力突然改變到零重力，另一種具體實(shí)施方式
可用等痙攣加速載具，如此可以降低注入點(diǎn)，以增長(zhǎng)零重力時(shí)間。結(jié)論，供應(yīng)商和范圍在實(shí)用線性電磁馬達(dá)之前，彈射器使用蒸汽，液壓，化學(xué)或機(jī)械之方式傳遞高功率。一旦被觸發(fā)后，無(wú)法控制加速度。負(fù)載需承受不可預(yù)知的巨大應(yīng)力。不適合用于人類(lèi)乘客，亦不適合在建筑物內(nèi)或密閉空間內(nèi)使用。電磁飛機(jī)發(fā)射系統(tǒng)利用電磁動(dòng)力，這種方式類(lèi)似于軌道炮。這種方法提供了一個(gè)可控制的拋射方式適合所述的零重力載具應(yīng)用。美國(guó)之專(zhuān)利和其它出版物提供了該技術(shù)之供應(yīng)商的各種資訊，舉例來(lái)說(shuō)，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7830047和通用原子公司的電磁計(jì)畫(huà)項(xiàng)目概況。這在同行業(yè)中是眾所周知的，通用原子公司，諾斯羅普格魯門(mén)公司和其它幾家公司已經(jīng)成功地展示了相關(guān)技術(shù)。美國(guó)海軍在2010年12月，用電磁飛機(jī)發(fā)射系統(tǒng)彈射了第一架F/A-18E超級(jí)大黃蜂戰(zhàn)機(jī)。本說(shuō)明公開(kāi)了應(yīng)用修改后的類(lèi)似技術(shù)以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的。據(jù)此，讀者會(huì)了解，在上面敘述中包含的細(xì)節(jié)和具體的范例，不應(yīng)被認(rèn)為是用來(lái)限制任何范圍，而是作為各種具體實(shí)施方式
及其例證。從解說(shuō)中的各種具體實(shí)施方式
出發(fā)，可能導(dǎo)出許多其它衍生物和變化的。本發(fā)明不僅限于這些披露的具體實(shí)施方法。它可以進(jìn)行修改，加入任意的變化，衍生，替換，或同等的安排，這都是和發(fā)明相稱(chēng)的精神與范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明范圍應(yīng)由以下與法律等同的權(quán)利要求書(shū)所劃定。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于經(jīng)過(guò)以下步驟實(shí)施第一步，設(shè)計(jì)制作調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備，包括 選擇有利之地形(202)，建筑(312)，或兩者之組合以求得一宏觀之高度；以地形表面下之深井(318)或建筑的結(jié)構(gòu)高度支撐近乎垂直之載具導(dǎo)引(110)的宏觀高度(204)或(320)； 該載具導(dǎo)引具有推動(dòng)與制動(dòng)設(shè)備用以推動(dòng)或制動(dòng)載具(102)上下之移動(dòng)，該載具有內(nèi)部空間(104)可容納酬載； 第二步，載具從底端沿載具導(dǎo)引以高重力推動(dòng)加速至一定點(diǎn)后，以速度方程式控制減速上升至頂端使該載具內(nèi)部空間(104)產(chǎn)生一選定之重力環(huán)境，載具在頂端時(shí)速度為零； 第三步，載具從頂端沿載具導(dǎo)引以速度方程式控制加速下落，使該載具內(nèi)部空間(104)產(chǎn)生同于第二步選定之重力，載具下落至另一定點(diǎn)后，以高重力減速至底端時(shí)速度為零； 第四步，重復(fù)第二步和第三步。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于所述宏觀之高度至少500米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于所述選定之重力環(huán)境延續(xù)時(shí)間至少15秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于所述之推動(dòng)與制動(dòng)設(shè)備為線性電磁感應(yīng)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于所述的載具與載具導(dǎo)引可以有多組，以同一控制系統(tǒng)(600)所運(yùn)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于所述的載具導(dǎo)引亦可以由二平行之導(dǎo)引所組成，其上下兩端由平滑之曲線連接，而形成一回路，回路導(dǎo)引上有多個(gè)載具只循同方向運(yùn)動(dòng)，以同一控制系統(tǒng)(600)所運(yùn)作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于當(dāng)一載具被制動(dòng)以高重力減速下落時(shí)感應(yīng)產(chǎn)生之電力，用于另一載具同時(shí)從底端以高重力加速上升。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于載具沿導(dǎo)引上之運(yùn)動(dòng)速度是依據(jù)酬載、選定之重力環(huán)境，由計(jì)算機(jī)依據(jù)線性加速運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)算所控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于該載具內(nèi)部空間(104)適合容納人員，具有娛樂(lè)與健身之效果，所述之載具與載具導(dǎo)引是由一種可釋放之機(jī)構(gòu)(116)所連結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述之調(diào)制重力與發(fā)射載具之系統(tǒng)設(shè)備和方法，其特征在于用作發(fā)射載具時(shí)，載具沿載具導(dǎo)引被推動(dòng)加速至頂端(206)并釋放之。
全文摘要
一個(gè)陸基的系統(tǒng)，方法和設(shè)施以提供低重力或調(diào)制重力的環(huán)境。該系統(tǒng)包括評(píng)估地形和人造的結(jié)構(gòu)，用以支持垂直的載具導(dǎo)引，提供載具和控制系統(tǒng)以控制載具的運(yùn)動(dòng)，載具沿著導(dǎo)引依據(jù)特定的速度方程式，以便產(chǎn)生一個(gè)選定的調(diào)制重力之環(huán)境。
文檔編號(hào)B64G5/00GK102745336SQ20111009909
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者冉進(jìn), 黃季左, 黃立杰 申請(qǐng)人:冉進(jìn), 黃季左, 黃立杰