迷你太空電梯來了！

佚名

眾所周知，人類目前的航天發(fā)射技術(shù)效率還很低下?；鸺靸r(jià)高昂，想要獲得逃逸速度，就需要消耗大量的化學(xué)燃料。雖然目前已有國家致力于火箭可回收技術(shù)和可重復(fù)利用航天器的研發(fā)，但并不能從根本上解決問題。因此，有人想出了一個(gè)理論上可行的解決方案：建造太空電梯！

太空電梯如何測(cè)試

太空電梯以人類目前的技術(shù)水平來看，無疑是一項(xiàng)超級(jí)工程。但很多科學(xué)家和公司已經(jīng)為此付出了努力。最近，日本靜岡大學(xué)工程系的工程師們就制造了一臺(tái)迷你太空電梯，并于9月11日將其送往國際空間站進(jìn)行測(cè)試。

太空電梯的原理其實(shí)十分簡單。人們只需在地球同步軌道上建造一個(gè)空間站，并用某種有一定柔韌性的結(jié)構(gòu)將其與地面相連?？臻g站的另一端需要配重，以保證纜繩不會(huì)因地球的自轉(zhuǎn)發(fā)生偏移。宇航員和乘客可以搭乘電梯轎廂在天地之間來往，而無需火箭的助力。

迷你太空電梯（轎廂）實(shí)際上就是一個(gè)長6厘米、寬3厘米、高3厘米的小盒子。在這次試驗(yàn)中還有兩個(gè)微型立方體衛(wèi)星，每個(gè)衛(wèi)星的長度只有10厘米，彼此間被一條10米長的繩索連接在一起。測(cè)試中，迷你太空電梯（轎廂）將在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，沿著這條繩索移動(dòng)。整個(gè)測(cè)試過程會(huì)被安裝在兩個(gè)衛(wèi)星上的攝像機(jī)記錄下來。如果一切順利，科學(xué)家將能夠驗(yàn)證太空電梯的可行性。

真正的太空電梯如何建造

太空電梯的終極目標(biāo)是向太空運(yùn)送人員和貨物。很久以前，科學(xué)家便開始做太空電梯夢(mèng)。1895年，俄國科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基見到埃菲爾鐵塔后，便提出了太空電梯的設(shè)想。幾十年后，科幻巨匠阿瑟·克拉克在一部小說中再度描繪太空電梯。但由于技術(shù)上的重重障礙，這一設(shè)想始終停留在概念階段。

日本大林組建筑公司與靜岡大學(xué)正在合作策劃這一項(xiàng)目，積極探索建造太空電梯的方式，希望能夠在2050年將游客送入太空。根據(jù)他們的計(jì)劃，太空電梯的纜繩將是一條長9.6萬千米的碳納米管（其強(qiáng)度是鋼材的20倍），能夠承受約100噸的上行物體。它還將包括一個(gè)直徑約400米，漂浮在海面上的地面入口，以及1.25萬噸的配重。

大林組公司希望借助太空電梯，將人員和貨物送入一座新空間站。這座空間站可以充當(dāng)一個(gè)港口，宇航員從這個(gè)港口啟程，奔赴火星或者更遠(yuǎn)的星球。2014年，大林組公司第一次公布這項(xiàng)計(jì)劃，稱建筑太空電梯在技術(shù)上具有可行性。

根據(jù)他們的計(jì)算，需要20年時(shí)間制造一端固定在地表的纜繩，纜繩的地面端始終施加預(yù)應(yīng)力。按照計(jì)劃，他們首先要部署20噸纜繩，在隨后的18年里要加建510次，最終重量將達(dá)到7000噸。相關(guān)設(shè)施隨后運(yùn)輸，預(yù)計(jì)在一年內(nèi)建成太空電梯。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人稱他們的太空電梯一次最多可搭載30名乘客;以每小時(shí)200千米的速度行駛一周，而后在距地面3.6萬千米的站點(diǎn)?？俊Ｓ慰驮谶@里下電梯，體驗(yàn)太空游;研究人員和專家將繼續(xù)前行。

建造太空電梯的技術(shù)難題

如果這次試驗(yàn)獲得成功，將為建造真實(shí)的太空電梯奠定基礎(chǔ)。當(dāng)然，在此過程中，人們還會(huì)遇到許多重大挑戰(zhàn)。首先是來自纜繩材料的挑戰(zhàn)。太空電梯的纜繩必須十分輕，且必須有極強(qiáng)的柔韌性，能夠承受作用在配重上的離心力。

纜繩還必須能夠承受住地球、太陽和月球引力的多重作用，以及地球大氣的影響。這些挑戰(zhàn)在20世紀(jì)一直被認(rèn)為是不可戰(zhàn)勝的。但到了21世紀(jì)，由于碳納米管等新材料的出現(xiàn)，太空電梯的概念才開始有變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的可能。

目前要在地面和地球同步軌道之間建造納米管纜繩仍然超出了人類的技術(shù)能力。一些工程技術(shù)專家也表示，碳納米管還不足以承受這一級(jí)別的力。因此，工程師們開始探尋更新的材料，比如鉆石納米纖維。

與此同時(shí)，還存在許多其他挑戰(zhàn)。比如如何避免太空垃圾和隕石的撞擊，如何將電力從地面?zhèn)鬏斨量臻g，以及如何讓纜繩經(jīng)受住高能宇宙射線的轟擊。但是太空電梯一旦建成，回報(bào)也是巨大的。

太空電梯建成后有哪些回報(bào)

使用不可回收式火箭將貨物發(fā)射到地球同步軌道的成本在2000年大約是每千克25000美元。而據(jù)估計(jì)，使用太空電梯運(yùn)送貨物到地球同步軌道每千克只需220美元。

太空電梯還能用以布置下一代人造衛(wèi)星，比如天基太陽能電站。地基太陽能電站受制于晝夜的交替和天氣，天基太陽能電站則能夠一年365天、一周7天、一天24小時(shí)發(fā)電。其所發(fā)的電，可以通過微波發(fā)射器，由衛(wèi)星傳回地面。未來的飛船也可以采用在軌的方式進(jìn)行組裝，這也能大大削減成本?，F(xiàn)在航天器大多需要在地面完成全部組裝，并用火箭進(jìn)行發(fā)射;最多也只能在太空中進(jìn)行大組件的拼裝。這是一種昂貴的方式，需要大運(yùn)力的運(yùn)載工具和消耗大量燃料。而一旦有了太空電梯，飛船組件用極低成本就能被送入軌道。甚至于可以在軌道上建造自動(dòng)化工廠，在太空中就地制造組件。

建造太空電梯耗資巨大，且需要國際合作和多代人的努力。但它一旦建成，就能在可預(yù)見的未來，讓人類獲得幾乎不受限的，且成本極低的進(jìn)入太空的能力。

（選自2018年第11期《軍事文摘·科學(xué)少年》，本刊有改動(dòng)）