“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

将它称为“太空桥”似乎更合适

我们总是对浩淼的宇宙和神秘的太空充满无限的憧憬与向往,都希望有朝一日自己能置身于太空中,领略一番天上人间的生活,但目前实现这个愿望唯一的办法要么是去当宇航员,要么就是成为一个亿万富翁,而这对于我们普通人来说都未免有点太过于遥远。

“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

但是伟大的宇航先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基所提出的一个概念,却有希望使我们这些贫民能以一种既简单又便宜的方式来实现我们的宇航梦,那就是“太空电梯”

“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

那么太空电梯的工作方式到底是怎样的呢?想要了解太空电梯的工作方式,首先我们需要对天体运行的轨道有一个大致的了解,如果你在地上朝前方扔出一个小球,在重力的作用下,小球会向前飞行一段距离然后落回地面。

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而在地球附近运行的卫星同样会受到地球重力的吸引,但是如果卫星移动的速度足够快的话,那么其所产生的离心力就可以抵消地球重力对其产生的吸引,从而使得这个卫星绕着地球不停的转圈圈,而这个圈圈就被称为“绕地轨道”,这就是为什么火箭在进入绕地轨道时既要快速的向上窜,又要横横地向前飞的缘故。

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但与普通卫星不同的是,太空电梯能借着地球自转的能量来得到其所需的绕地速度,这就好比一个孩子在甩着用绳子绑着的玩具时,他手上的一只蚂蚁沿着绳子不断向上爬,蚂蚁横向移动的速度也会随着它高度的上升而变得越来越快,所以相对于火箭而言,在使用太空电梯时你只需要提供向上的能量便可。

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通常火箭燃烧大量的燃料也只能运送少量的货物上太空,按照目前的价格计算,运送1kg的物品上太空所需的成本约为2万美元,对于一个体重70kg的人来说成本约为140万美元,而对于国际空间站来说则是数十亿美金,巨额的成本是限制人类太空旅行的一大主要障碍,即便是我们的科技不断进步,其成本也不可能在近期内降到和机票一样的水平。

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但是太空电梯却能解决这一棘手的问题,在其建成后,太空电梯预计能将运输成本减少到每公斤200美元,仅仅为火箭运输成本的一百分之一,如果一个相对廉价的太空电梯造价为200亿美元,而在运送1百万吨货物后太空电梯便能收回造价成本,而这差不多也就是两个国际空间站的重量。

“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

太空电梯有四个主要组成部分:平衡锤、缆绳、货舱以及近地端基地,太空电梯的“电梯”部分就是缆绳和货舱,缆绳从地球表面延伸至太空中,而货舱就类似于升降电梯的轿厢,一个沿着缆绳爬升的箱子,电梯的基部就是用于固定缆绳的近地端基地,而电梯的顶部则是距离地球表面约36000公里的用于将缆绳拉直的平衡锤。

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但是建造一个这样的太空电梯实际上却非常的困难,因为至今为止仍没有合适的材料可以被用于制作缆绳,缆绳的材料必须轻盈,便宜,耐磨且坚韧,就像石墨烯和碳纳米丝那样,但即便是它们,强度也远远不够。除了需要极其高的强度外,缆绳材料还必须能够经受住来自大气的腐蚀、够抗辐射和能够经受各种太空碎片的撞击。

“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

此外太空电梯也需要大量的能源才能够正常爬升,能源于是又成了一个非常棘手的问题,我们是该用电来为其提供能量还是用化石燃料来提供能量?我们是应该在地球上建造它然后发射上太空?还是应该在太空中制造它然后把它丢到地面上?

“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

总的来说,太空电梯仍有许多重大的技术障碍需要被克服,而且太空电梯也并不是没有风险,若缆绳断裂的话,那么后果将不堪设想。如果它在近地端基地附近断裂,那么由平衡锤所施加的拉力会把整个电梯拽飞到太空中去,如果缆绳在配重附近断裂,那么它就会缠在地球四周像个鞭子一样到处乱甩,其在轨道上产生的碎片也会对之后的太空飞行产生严重的影响。

“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

出于这些原因,一些专家提出我们应该先在月球上建造太空电梯,月球上的重力比地球弱很多,所以一些现有的更脆弱的材料如凯夫拉尔就足以被用来做缆绳的材料。

“太空电梯”能否成为我们探索宇宙的新希望?

若要开建的话,那么太空电梯将毫无疑问成为人类历史上规模最大、最昂贵的建筑,或许我们永远也不会建造出太空电梯,但在尝试开发太空电梯的过程中,我们也可以学到很多我们不曾触及过的东西。


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