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制作太空梯的构想

[字体: ] [ 中学生科技网 | 时间:2006-05-24 17:59 ]

 
构想图

让人造卫星放下梯子以建立“登天之塔”是在上世纪70年代英国著名科幻作家阿瑟·C·克拉克的小说《天堂的喷泉》中提出来的。他设想在地球赤道上空的一颗地球同步轨道卫星上向下伸展出一个梯子,由于同步卫星在天空中相对于地面没有移动,所以人类可以乘坐电梯到达近地宇宙空间做观光旅游。当时有人问他需要多少时间才能实现太空梯的梦想,他说,在大家停止微笑后的50年。

今年一家位于美国西雅图的公司主动挑起了制造太空梯的重担。目前美国航空航天局的高级设计研究所已投资制造太空梯,全部资金大约需要70到100亿美元。8月12日在华盛顿州的西雅图市召开了第一届国际太空梯会议,到会的专家来自各个领域,从材料科学、桥梁建造和航天技术到法律、商业和财经领域应有尽有。该公司专家认为第一架太空梯将在下一个十年建成。

从理论上讲,太空梯并不神奇。在地球赤道的海面上建造一个平台,用飞船放下一条长达10万公里的绳索,把它固定在平台上,随着地球一起旋转,由于旋转所产生的离心力刚好抵消了地球的吸引力,它便得到了一个向外的张力,于是,太空梯就从地球到太空竖立起来了。它就像你在头顶上甩动一根一头拴着小球的绳子一样。然后,用一个由激光提供能量的爬升器在缆绳上上下移动,运送飞船、建筑材料甚至乘客。

但是难就难在制造这根绳子的材料,它既要异常坚硬又要异常轻巧,还要能抵抗任何腐蚀。为了这个曾被称为“无法得到”的材料,科学家们足足等待了几十年。直到1991年NEC公司的日本科学家饭岛住男发现了现在叫做碳纳米管的材料,事情才有了转机。进一步的研究发现碳纳米管有意想不到的性质,它比钢坚硬100倍,重量却只有钢的五分之一。现在碳纳米管已经走出实验室,进入实用阶段。这样至少在理论上已经解决了太空梯的材料问题。

有了材料,如何来制造太空梯呢?科学家们设想,先把一个携带太空梯半成品的飞船或航天飞机发射到和地球同步的静止卫星所在的轨道上,使其和地球同步飞行。把这个半成品的太空梯从飞船上放下来,落到赤道海面上的平台上。把半成品的太空梯固定在平台上,然后,飞船就漂浮在上面。接着再用一个由激光束提供能量的爬升器在这个太空梯的半成品上上下移动,把其他建造太空梯的缆绳拧在这个太空梯半成品上,进一步建造太空梯,这大约要用两年半的时间。这样,太空梯才最后建成。

建成后这个爬升器就可以沿着太空梯把物资、成吨重的卫星甚至人缓缓运送到离地面3.6万公里的近地轨道上,时间大约需要七天半左右,回来也大约需要这么长的时间。进一步还可以建造通向月球,甚至火星的行星际太空梯,到那时在太阳系里遨游就不再是难事。而且价格低廉。目前估计需要几百美元运送一磅,将来争取实现用很少的美元就可以运送一磅物资。

当然,太空梯要抵御的灾难也不少。闪电和风云雨雪的冲击,穿越电离层的考验,小行星、彗星、流星的袭击,原子氧和高层大气中的硫酸对缆绳的侵蚀,和卫星、太空碎片的碰撞,再加上人类之间没完没了的自相残杀,难保不会有人打太空梯的主意。而这种碳纳米管对人类健康的影响也要考虑在内。这些问题都需要研究者加以考虑。


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