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“太空電梯”邁出第一步

點(diǎn)擊次數(shù):更新時(shí)間:2018-11-16 17:11:59【打印】

近日,日本向國(guó)際空間站發(fā)射了一對(duì)超小型衛(wèi)星,首次進(jìn)行“太空電梯”試驗(yàn)。

據(jù)稱,國(guó)際空間站將釋放這對(duì)邊長(zhǎng)為10厘米的立方體衛(wèi)星,并用長(zhǎng)約10米的纜索將它們連接,通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),一個(gè)類似電梯吊箱的容器將從纜索一端移動(dòng)到另一端。這將是人類首次在太空纜索上移動(dòng)容器。短短10米纜索,邁出了實(shí)現(xiàn)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(xué)家齊奧爾科夫斯基提出。1979年,著名科幻大師克拉克在小說(shuō)《天堂的噴泉》中,再次提出了太空電梯的設(shè)想。其實(shí),太空電梯和普通電梯的原理相似:需要長(zhǎng)長(zhǎng)的纜索,一端固定在地球上,另一端固定在運(yùn)行于地球靜止軌道的平衡物(如大型衛(wèi)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(yùn)動(dòng)。

目前,人類進(jìn)入太空的主要工具為運(yùn)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(yùn)送一千克有效載荷上天的成本至少需一萬(wàn)美元,性價(jià)比很低。如果通過(guò)太空電梯進(jìn)行天地往返,雖然造價(jià)很高,但不需要?jiǎng)佑么罅咳剂希ǔ珊蟮倪\(yùn)行費(fèi)用會(huì)大大降低,還能像高速公路一樣24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。一項(xiàng)測(cè)算顯示,用太空電梯運(yùn)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(zhàn),是要開(kāi)發(fā)出數(shù)萬(wàn)千米長(zhǎng)的超強(qiáng)纜索,據(jù)估計(jì),纜索的總長(zhǎng)度需10萬(wàn)千米左右。這對(duì)纜索提出了很高要求:必須非常輕,而且要極其牢固,才能經(jīng)受得住大氣層內(nèi)外任何物體的撞擊。因此,很長(zhǎng)一段時(shí)間,太空電梯都只是一種想象,直到1991年碳納米管的出現(xiàn),才賦予了太空電梯更大的實(shí)現(xiàn)空間。碳納米管具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn),一根像縫衣線粗細(xì)的碳納米管,就能承受一輛汽車的重力。目前,日本、美國(guó)、俄羅斯和歐洲航天局都在著手這方面的設(shè)計(jì),方案大都由基座、纜索、吊箱和動(dòng)力系統(tǒng)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(wèn)題需要解決,如雷擊、颶風(fēng)、流星、原子氧、太空碎片等對(duì)其運(yùn)行產(chǎn)生的影響。有些問(wèn)題已有對(duì)策,如將基座選在無(wú)雷區(qū)以避免雷擊;也有專家建議選擇一個(gè)更適宜的中轉(zhuǎn)站,如在月球上建造太空電梯。因?yàn)樵虑虻囊χ挥械厍虻?/6,依靠目前科技水平制造的合成纖維纜索即可達(dá)到強(qiáng)度要求,而且月球周圍也不受雷擊、颶風(fēng)、太空碎片等問(wèn)題的困擾。

無(wú)論如何,纜索都是太空電梯最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。近些年來(lái),一些國(guó)家正緊鑼密鼓研制強(qiáng)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(xiàn)實(shí)發(fā)展。也許在不遠(yuǎn)的未來(lái),人類真的可以搭乘“天梯”進(jìn)入太空。

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