至少在理论上,是否有可能建造巨大的梯子或电梯进入太空?

时间:2021-03-21 09:31:34   作者:
与离开地球相比,太空旅行相对便宜。例如,航天飞机在进入轨道时燃烧了超过50万加仑的燃料,使每磅有效载荷花费1万美元。

1895年,俄罗斯太空先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基首先设想出了太空电梯,它由一根细而结实的绳索(一根绳子或线)组成,它可以从地球表面延伸到地球同步轨道,距离约为22,300英里。激光束或微波束将驱动电梯车厢沿缆绳向上。

至少在理论上,是否有可能建造巨大的梯子或电梯进入太空?

2005年,美国国家航空航天局主办了“2005光束动力挑战赛”(2005 Beam Power Challenge),这是一项奖励5万美元的竞赛,目的是激发自动攀爬机器和无线动力,以便在21世纪的电梯电缆上将人和货物送入太空。这项挑战的目标要小得多:让一个装载货物的自动攀登者以至少每秒1米的速度,爬上一根200英尺(约合1.2米)长的类似凯夫拉纤维(kevlar)的绳索的顶端。一个10千瓦的氙气聚光灯从电缆底部向上照亮,为每个攀岩者提供动力。最快携带最重载荷的登山者将被宣布为胜利者。

在2005年,2006年,2007年和2009年举行的播送力量比赛被定向在空间电梯应用。登山队制造了可以推动自己爬上垂直绳索的机械设备(攀岩者)。该设备的电源并不完备,但仍在地面上。技术上的挑战是将动力传递给攀登者,并将其转化为机械运动,有效而可靠。

2009年11月6日,在南加州爱德华兹空军基地的美国国家航空航天局德莱顿飞行研究中心进行的最后一天比赛后,西雅图的LaserMotive团队被宣布为太空电梯能量传送挑战游戏的获胜者。

LaserMotive公司从美国宇航局的百年挑战项目中获得了90万美元的奖励,因为他们的激光驱动机器人在7.5分钟内爬上了悬挂在悬停直升机上的900米长的缆绳,达到了一级标准。在前两天的比赛中,这支球队四次实现了这个目标,最快的是3分48秒。

如果LaserMotive的登山者能够以每秒至少5米的速度在3分钟或更少的时间内爬完整个电缆长度,他们就可以获得200万美元的全部奖金。

现在是21世纪了;仍然没有电缆。根本没有一种物质像thart那样既轻又强,能够伸展到轨道高度而又不会在自身重量下坍塌。

NASA预测技术的能力就到此为止。

纳米技术的新发展让科学家们希望,太空电梯的想法不再是未来主义者和科幻作家的想象。事实上,一些组织,包括NASA和谷歌X,最近已经研究了这一无火箭太空飞行的最新设想。

从技术上讲,我们可以利用地球自身的自转将人和货物运送到轨道上。通过构造一个范围60000到90000英里(96000公里至145000公里)长,一端制衡和其他固定在一个点沿着赤道,理论上我们可以使用地球大约1000英里每小时(1609公里/小时)的转动速度保持范围暂停(就像一根绳子一端系着一个岩石仍然紧你它转起来)。

这样缆绳就可以充当一个管道,让电梯上下移动。

在电梯高处释放的任何货物都将留在轨道上。

虽然理论上是可能的,但这种方法存在几个问题。

最大的是抗拉强度:一根足够长的电缆在自身重量的作用下会断裂。

钢缆在大约15英里(24公里)处会因自身重量而摇摇晃晃;凯夫拉尔纤维可以支撑大约10倍的长度,但仍然远低于太空电梯所需的60000英里(96000公里)。

材料工程师把他们的希望寄托在碳纳米管上,一种微小的碳结构,当编织在一起时,会显示出巨大的抗拉强度。

但工程师们还不确定如何制造纳米管缆绳(即使他们能做到,也不清楚它是否有足够的强度来支撑太空电梯)。如果他们能建造一个足够坚固的缆绳,工程师们仍然需要克服额外的障碍,包括如何避免陨石、太空垃圾,以及当飞船逐渐靠近缆绳并阻碍地球的自然自转时不可避免的摇摆。

尽管有这些障碍,太空电梯的潜力仍然很诱人。

目前,将有效载荷送入轨道是一项既昂贵又低效的任务。如果我们能摆脱火箭本身,那么(相对)廉价的太阳系探索就在我们的掌握之中。

技术使许多事情成为可能,而技术摆脱了对战争的担忧,其发展速度之快令人难以置信。
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