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“太空電梯”邁出第一步

點擊次數:更新時間:2018-11-16 17:11:59【打印】

近日,日本向國際空間站發射了一對超小型衛星,首次進行“太空電梯”試驗。

據稱,國際空間站將釋放這對邊長為10厘米的立方體衛星,并用長約10米的纜索將它們連接,通過電動機轉動,一個類似電梯吊箱的容器將從纜索一端移動到另一端。這將是人類首次在太空纜索上移動容器。短短10米纜索,邁出了實現太空電梯的第一步。

太空電梯的概念早在1895年就由俄羅斯科學家齊奧爾科夫斯基提出。1979年,著名科幻大師克拉克在小說《天堂的噴泉》中,再次提出了太空電梯的設想。其實,太空電梯和普通電梯的原理相似:需要長長的纜索,一端固定在地球上,另一端固定在運行于地球靜止軌道的平衡物(如大型衛星或空間站)上,在引力和向心加速度的相互作用下,纜索被繃緊,電梯可沿纜索上下運動。

目前,人類進入太空的主要工具為運載火箭,為了擺脫地球引力,其自身攜帶的燃料占火箭總重量的90%左右。每運送一千克有效載荷上天的成本至少需一萬美元,性價比很低。如果通過太空電梯進行天地往返,雖然造價很高,但不需要動用大量燃料,建成后的運行費用會大大降低,還能像高速公路一樣24小時運轉。一項測算顯示,用太空電梯運送人員和貨物到太空,成本只有目前所需的1%。

研制太空電梯的最大挑戰,是要開發出數萬千米長的超強纜索,據估計,纜索的總長度需10萬千米左右。這對纜索提出了很高要求:必須非常輕,而且要極其牢固,才能經受得住大氣層內外任何物體的撞擊。因此,很長一段時間,太空電梯都只是一種想象,直到1991年碳納米管的出現,才賦予了太空電梯更大的實現空間。碳納米管具有質量輕、強度高的特點,一根像縫衣線粗細的碳納米管,就能承受一輛汽車的重力。目前,日本、美國、俄羅斯和歐洲航天局都在著手這方面的設計,方案大都由基座、纜索、吊箱和動力系統等組成。

眼下,太空電梯的制造除了需要突破材料等方面的限制,還有許多安全問題需要解決,如雷擊、颶風、流星、原子氧、太空碎片等對其運行產生的影響。有些問題已有對策,如將基座選在無雷區以避免雷擊;也有專家建議選擇一個更適宜的中轉站,如在月球上建造太空電梯。因為月球的引力只有地球的1/6,依靠目前科技水平制造的合成纖維纜索即可達到強度要求,而且月球周圍也不受雷擊、颶風、太空碎片等問題的困擾。

無論如何,纜索都是太空電梯最關鍵的環節。近些年來,一些國家正緊鑼密鼓研制強度更高的碳納米管纖維材料,使太空電梯從天方夜譚朝著現實發展。也許在不遠的未來,人類真的可以搭乘“天梯”進入太空。

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