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“太空电梯”能否送人上宇宙

作者: 发布于:2016-09-26 08:35:48 来源:解放日报

     随着天宫二号的一飞冲天,近来一则名为“200年后回望天宫二号”的视频,在网络上流传开来。节目的最后,当太空工作艇对天宫二号进行“考古”发掘后,画面中出现了一个宏伟的空间站,“太空电梯”网络正在快速、有序运转……

 “太空电梯”能否送人上宇宙
    “人造天梯”的概念,其实早在1895年就已经诞生。1979年,科幻大师克拉克进一步完善设想:“如果空间的物体能够保持与地面的相对静止,那么为什么不能从这个物体上方下一条缆索,用它把宇宙连接起来?”
 
    国际科学界相信,这种以前只存在于科幻小说中的场景,“在21世纪将成为现实”。如此自信到底基于何种理由?在送人上天的过程中,还有哪些障碍有待破解?
 
    首先面临“选址”问题
 
    一根特制的3.6万千米长缆绳,一端固定在地球赤道或东太平洋的浮动平台上,另一端紧紧抓住半空中的卫星或空间站;一列列形似胶囊的吊厢,载着人和货物沿着缆绳驶向太空……这就是“太空电梯”的工作场景。
 
    科学家推断,“太空电梯”运送一个人和行李的费用,大致相当于目前航天飞机运送费用的0.25%。同时,它可以重复使用,且无需对游客进行太多的专业训练。这将大大节省人类探索太空的成本,让空间站乃至外星球真正成为人类的度假胜地。
 
    “太空电梯”本质是一座永久性的缆绳式建筑,将地面与太空中的某一点连接起来,并允许运输工具沿着这条缆绳行驶。这听起来和我们常见的电梯确实大同小异,但难点首先在于两个点的“选址”问题:一方面,在地球上,需要选择合适的平台建造点。最好位于暴风雨、闪电和巨浪都较少的海域或赤道陆地区域,且应远离飞机航线;另一方面,要保证“太空电梯”相对于地面不发生飘移,另一端则须连上与地球同步运行的航天器或平衡物。
 
    由于引力等因素影响,目前在地球上尝试建造“太空电梯”面临着较大的考验,因此有科学家提出去月球试验的方案――从月球上空处建造垂向月球表面的“太空电梯”。
 
    这是因为,月球的引力只有地球的1/6,并且月亮上基本没有空气,依靠目前科技水平制造出的合成纤维缆绳就足够满足强度要求。另外,月球周围也不存在废弃的火箭推进器、卫星及其他太空垃圾带来的危险,从而使得这一试验得以免除“不测风云”。
 
    缆绳要“结实”不要“太重”
 
    选好了“起点”和“终点”,接下来面临的就是缆绳问题了。
 
    从理论上计算,“太空电梯”缆绳的材料强度,必须达到钢铁的180倍。只有这样,它才算得上足够结实,可以抵御强风冲击、硫酸腐蚀等。研究表明,地球上几百米高的摩天大厦,在风力的作用下会产生幅度10米以上的左右摇摆。对于暴露在太空中的缆绳来说,承受的风力更是成千上万吨。
 
    同时,缆绳也不能“太重太粗”,以免因自重过大而发生断裂。要知道,普通的钢丝就算从9千米的高空中垂下来,也会被自己的重量所拉断。
 
    1991年,制造“天梯”缆绳的材料终于有了突破。它就是碳纳米合成纤维,其密度只有钢的1/6,强度却是钢的100倍。一根缝衣线大小的碳纳米管,可以神奇般地承受一辆汽车的重力。
 
    然而,现在的碳纳米合成纤维仅能做出毫米级的实物,尚无法编织出长长的缆绳。这是因为,碳纳米管“生长”过程中,高温环境会导致催化剂很快失去活性,从而限制碳纳米管的长度。同时,随着催化剂失去活性,碳纳米管的密度也急剧下降。
 
    除了电梯自身的扰动,月球和太阳的引力作用以及太阳风的冲击,还会使缆绳不断摇晃。解决这一困扰,最简单的方法是放慢“天梯”的爬升速度。但这种以稳定代替速度的做法,对于超远距离的航天运输或旅行来说,显然难以接受。
 
    防辐射和动力供应也棘手
 
    电梯舱的防护性能,是另一个较为棘手的问题。地球外层分布着一条强度很高的辐射带。穿越这个区域时,人们容易受到致命的辐射。
 
    为此,有人建议在“太空电梯”外部建造一个防护层。但这会让“太空电梯”变得笨重和复杂,从而难以克服地球引力的影响。
 

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