太空电梯
 更新时间:2024-03-29 12:30:09

基本解释

  太空电梯是美国宇航局提出的一种地球太空运输系统。2010年8月,美国恒星公司提出,将向太空发射12架航天器,每架携带200张大网,把漂浮在近地轨道的太空垃圾残片清理干净,为将来的“太空升降机”铲平道路。2012年,日本大林建设公司公布了建造“太空电梯”计划,希望到了2050年,人们不需要搭乘太空船,只要搭电梯就能够圆太空梦。

  太空电梯这个概念最早来自100年前,著名的火箭科学先驱者齐奥尔科夫斯基(Knostantin Tsiolkovsky)设想了一个建立在巨塔顶端的“天空城堡”。

  真正从技术角度描述了这个问题的是阿瑟·克拉克,他在20世纪70年代末设想了延伸到太空的电梯,并以此写出《天堂的喷泉》('Fountains of Paradise'),描述了在一个热带岛屿建造一个太空电梯的故事。

  1970年,美国物理学家皮尔森最先提出建造“太空电梯”的设想。当时人们对他的建议就是“改行写科幻小说去吧”。

  2000年,美国航空航天局曾对“太空电梯”作出乐观评估,声称“在未来50年左右,我们就可能开始建造,需要的只是一些研究和一点运气。”

  2002年底,美国媒体对西雅图一家电梯公司进行了报道,这家公司正进行“太空电梯”项目。他们甚至“初步考虑‘太空电梯’将用纳米材料制成。”据称唯一的阻力是费用太高,当时公司已筹集到约4000万美金,但整个项目预计需要100亿美元!

  2003年,随着人类太空探索步伐的加快,更多科学家开始考虑设计一种更为便捷的外太空和地球的物资交换方式(类似俄罗斯的研究)。9月15日,七十多位科学家和工程师在美国探讨“太空电梯”计划,提出在至少一个世纪内将“太空电梯”变成现实,使之用于发射卫星和飞船,甚至将人类直接送上太空。

  2012年,日本大林建设公司公布了建造“太空电梯”计划,所要建造的太空电梯并不是由一般的钢铁制造的,而是由比钢铁强20倍的碳纤维“纳米碳管”(carbon nanotubes)做成。此一太空电梯可供30人乘坐,预计要花费一个星期的时间,才能抵达高度达3万6000公里的太空站。

  太空电梯 - 主要用途

  太空电梯根据科学家们的设想,一条从距离地面3.6万公里的地球同步卫星向地面垂下一条缆绳至地面基站,并沿着这条缆绳修建往返于地球和太空之间的电梯型飞船,往来运输物资。

  太空电梯可以搭载包括大型太阳能发电机、核废料等各种物品,当然还可以载人。 更重要的是,太空升降舱上天不需要携带大量燃料,预计所耗能量不过为宇宙飞船发射的1%。英国的一项测算显示,用太空升降舱运送一个人和行李的费用仅相当于常用航天飞机运送费用的0.25%。

  太空电梯 - 基本构造

  基座

  基座基本上一定是在赤道上,因为这样从地球同步轨道上垂下来的距离最短。基座有提出固定式和漂移式两种选择,其中固定式的比较容易完善周边的硬件设施(发电器材、指挥所、太空港),但漂浮式的,无论是海上的大型平台甚或是平流层中的大型飞行平台,都有借移动来躲避不良气候或太空杂物的可能,因此也有不少支持者。

  缆绳

  这条缆带也不会是从头到尾一样粗的。据计算在地球同步轨道处缆带所承受的拉力最强,因此这地方会最粗,然后向两边变细来节省重量。缆带的材质问题是阻挠太空电梯发展的最大因素,人类已知的材料硬是没有一种能达到太空电梯所求的强度/重量比。最有希望的材质是碳奈米管,可是虽然个别碳奈米管能耐的张力已经达到承载太空电梯的标准,但拉成缆带后就无法维持这样的耐力了。

  电梯舱

  电梯舱是在缆绳上爬的那个部份。太空电梯毕竟不是传统电梯,从天上垂一根超长的绳子下来把电梯吊上去是不太可能的。电梯要自已想办法爬上去。最简单的方法是在电梯上装马达,带动夹着缆带的一组轮子转动,从而取得向上的动力。马达的电源可以从缆带上取得,或用装在电梯舱上的发电机,但这两种都会增加重量。比较省重量的方法是在电梯舱上装两片反光板,然后从地面发射雷射将电梯舱“射”上去。听起来很科幻,但实验显示这其实是个可行的方案,只要激光够大支。

  太空站

  最后,是在缆绳另一端的太空站。太空站是必须的,因为要抵消缆绳的重量。事实上,太空站不是放在同步卫星轨道上,而是更高一点点的位置,因为整条缆绳加太空站全体的重心要放在地球同步轨道上才不会发生偏离。太空站的建造会相当麻烦,因为随着缆绳的加粗,太空站的位置要不断地调整。[1]

  太空电梯 - 日本计划

  缆线

  日本大林公司所设计的太空电梯缆线,全长为地球到月球距离的大约四分之一,这相等于9万6000公里。电梯缆线固定在地球地表一个定点上,然后利用地球自转的离心力抛出去,另一头系着一个起平衡作用的铅坠。电梯电缆的中间部位是一个太空站,该太空站内将建设实验设施及居住的空间。

  时速

  电梯将以200公里时速上下,单程需要花费7天半。太空站周边设施将利用太阳能发电,发电设施同时还会向地面输送电力。

  主体

  太空电梯的主体是一个永久性连接太空站和地球表面的缆绳,可以用来将人和货物从地面运送到太空站。而且,太空电梯还能用做一个发射系统,因为太空电梯必然被地球带动旋转,而越高的地方速度越快,所以将飞船从地面运送到大气层外足够高的地方,只要一点加速度就可以起航了。或者如前面说的,用太空电梯把零部件带上太空站,在那里组装。

  太空电梯 - 面临难题

  有专家曾经指出,纳米碳管还只是毫米级制品,距实用差距甚远;向3万多公里外的太空发射各种电梯建设材料花费巨大;这种“太空电梯”一旦因严重事故崩塌,空中和地面的损失也将十分惊人。

  专家们认为,面对这些难题,“太空电梯”短期内恐难开工。

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