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乘天梯去“太空一日游”? 這個夢或許不再遙不可及探索宇宙

導讀:核心提示:希臘神話曾經提到過一個夢幻梯子——雅各布梯子,它打開了人們從地面到天空的道路。據說雅各布在夢里沿著梯子上天得到了圣火。在

核心提示:希臘神話曾經提到過一個夢幻梯子——雅各布梯子,它打開了人們從地面到天空的道路。據說雅各布在夢里沿著梯子上天得到了“圣火”。在中國古代,有一個關于“昆侖梯子”的神話:傳說在高聳的昆侖山頂...
 
乘天梯去“太空一日游”? 這個夢或許不再遙不可及探索宇宙
 
希臘神話中曾經提到過一個夢幻梯子——雅各布梯子,它打通了人們從地面到天空的道路。據說雅各布在夢里沿著這個梯子上天得到了“圣火”。
在中國古代,有一個關于“昆侖梯子”的神話:傳說在高聳的昆侖山頂上,有一棵叫做建木的大樹。這棵紫褐色的樹干筆直地插在藍天上,無數的樹枝伸向樹頂,四周長著常青的綠葉,開著千載不謝的花,結著永不枯萎的金果。誰能沿著這棵大樹爬到頂端,就能進入天堂,成仙。
科幻小說《三體》在2015年也多次提到“太空電梯”。
 
人類對外太空的向往自古以來就有“執念”,一直在想象建造“梯子”的各種可能性。然而,經過幾百年的發展和研究,這個夢想仍然沒有實現。然而,近年來,隨著新材料科學的發展,“梯子”終于開始一步步走向現實。
從每公斤2萬美元到500美元,運輸成本將降低到500美元
 
俄羅斯火箭專家齊奧爾科夫斯基應該是第一個真正從實際操作可能性出發提出“梯子”概念的人。他受巴黎埃菲爾鐵塔的啟發。1895年,他大膽提出,他可以在地球周圍的靜止軌道上建造一座“太空城堡”,用纜繩將城堡和地球表面連接起來,成為一個“梯子”。所謂“地球周圍的靜止軌道”,其實就是從地球發射的航天器在地球周圍運行時,正好與地球的自轉同步,所以它的運行軌道形成了一個與地面相對靜止的軌道,就像從地面上看一樣。
那時候,齊奧爾科夫斯基的想法只能是一個想法,不能付諸實踐。
 
然而,齊奧爾科夫斯基的想法引起了無數科學家的關注。英國倫敦大學學院高度、空間和極端環境醫學中心的創始人凱文·方曾接受英國廣播公司。(BBC)在一次采訪中,他說:“我能理解為什么人們被太空電梯的概念所吸引。如果我們能以廉價安全的方式進入太空,整個太陽系就會成為我們口袋里的東西。”
 
的確,根據國際航空科學院的確,(IAA)報告統計:太空電梯一旦建成,負載進入太空的成本可以從每公斤2萬美元降到500美元。這主要是因為燃料占目前運載火箭的80%,14%的空間是火箭的主要結構。事實上,只有6%的人和貨物可以裝載,火箭的發射和回收成本相當高。
加拿大的托特技術公司也估計,如果太空電梯能夠應用,航天飛機的太空飛行成本可以節省三分之一左右,同時可以大大提高人類訪問太空的頻率。
 
為了達到這個目前,世界上已經有幾個“梯子”項目在積極進行。
建筑材料仍然很高,一個“梯子”可能要花費70億-100億美元
1991年,日本研究人員意外發現了一種新型材料碳納米管。它具有優異的力學性能,如高拉伸強度和強抗變性,強度可達鋼材的100倍以上。同時,它的重量非常輕。同樣體積的碳納米管只有鋼材的幾百分之一甚至幾千分之一,直徑1毫米的碳納米繩可以承載60噸的重量,因此很快被科學家公認為“制作梯子的最佳材料”。但是這種材料很貴,每克價值500美元。而“梯子”的規模顯然會遠遠超過目前人類可以建造的任何大型材料。
 
一九九九年,美國國家航空航天局(NASA)在資助方面,洛斯阿拉莫斯國家實驗所的布拉德利·愛德華茲博士制定了“用新碳材料制造太空電梯”的計劃,并發布了“用碳納米管材料制造太空電梯”的可行性報告。他指出,這樣的“梯子”成本應該在70億-100億美元之間,這仍然遠低于那些大型太空項目。
NASA于2005年3月23日宣布,太空電梯已經成為“世紀挑戰”的首選,到目前為止,每年都會舉辦“機器人攀爬繩索”和“測試繩索強度”兩個賽事來檢驗實驗結果。
 
然而,2014年,谷歌X的快速評估R&D團隊發現,目前還沒有人制造出超過一米的完美碳納米管鏈。保守估計,搭建“梯子”需要數百萬噸納米材料,長度超過3.6萬米;然而,同年9月,美國科學家約翰·巴丁在《自然材料》上發表了一篇文章,稱他們開發了超細、超強的納米線,比之前發現的碳納米管更堅固、更可靠,可以用來制造超級堅固的輕繩來搭建太空電梯。因此,“梯子”項目很快又引發了美國NAS和歐洲航天局(ESA)等待研究機構的重視。
新型材料性能優異,直徑1毫米,細絲可吊450公斤。
 
值得注意的是,在這個過程中,還出現了另一種“梯子”建筑材料——“柴隆”纖維。
20世紀80年代,美國開發了一種復合纖維,用于發展航空航天事業?;瘜W成分稱為聚對苯支撐苯和雙惡唑。(PBO)。它具有優異的機械性能和物化性能,目前已廣泛應用于防彈衣制造。這種超輕纖維制成的直徑1毫米的細絲可以提升450公斤的重量。從力學、耐熱性、阻燃性等方面來看,它具備了建造“梯子”電纜的條件。與碳納米繩相比,它的原材料價格和加工成本要低得多。因此,當日本東洋紡織公司在2004年實現了PBO纖維的工業化生產,并將其命名為“柴隆”時,它也被納入了科學家建造“梯子”的計劃。
但是“柴隆”纖維有一個致命的弱點——降解太快。與許多電梯的簡單部件不同,“梯子”的電纜在失效前可以隨時更換。
 
看看各國科學家的實踐。
想象一下,如果“梯子”真的按計劃建造成功,我們甚至可以在一天內往返于地球表面和離地表至少10萬公里的外太空,完成“太空一日游”。如果不算建設成本,這次往返的成本可能比我們現在乘坐長途客運飛機便宜。當時,人類文明將進入一個全新的“太空時代”,這可能是科學家積極開發“梯子”的動力之一。
美國的“月亮梯子”
 
長纜繩至少需要50,000公里,一次可以運送30名乘客。
根據美國《今日宇宙》2011年7月26日的報道,美國企業家邁克爾·萊恩在2003年成立了一家LiftPort公司,投入巨資研究從地球到太空的“梯子”?,F在,他們的工作重點是從月亮到地球搭建“月亮梯子”。萊恩甚至聲稱:“我們將在五到十年內實現‘月球梯子’的夢想。
想象是這樣的:用一根長繩子,一端固定在地球上,另一端固定在與地球同步軌道的平衡飛機上;在地球和月球之間,有一些“拉格朗日點”。利用它們與地球和月球的相對位置基本不變的特點,將長繩固定在月球上,與這些點連接;在引力和向心加速度的相互作用下,這些電纜將被拉緊,成為可運輸的路線。電梯廂(或太空輕軌車)可以利用太陽能或激光沿電纜上下移動;人們在地球上的階梯和階梯上到達天梯。
 
月球梯至少需要5萬公里的繩索。一般情況下,太空梯一次可以運送30名乘客,6小時內可以到達10萬公里外的太空。如果建設成功,每磅的貨物運輸成本只有幾百美元。這一計劃也受到美國宇航局的高度重視。
“太空電梯”在日本
計劃于2050年完成工程,長約96,000公里。
2012年,日本大林建設公司首次提出“梯子”計劃,聲稱可以在2025年開始建造太空電梯。預計一個完整的建設項目將于2050年完成。他們設計的太空電梯電纜總長度將為地球到月球距離的1/4,約9.6萬公里。設計師表示,“梯子”的梯子可以坐30個人。如果以每小時200公里的速度運行,需要7天才能升到36000公里的高空。相比之下,同樣的距離,一艘太空飛船只需要一個多小時就能完成。
 
加拿大的“塔梯”
它具有獨立的塔形結構,比迪拜塔高20倍
目前,迪拜哈利法塔電梯在地球上運行時間最長,已經超過800米。2015年8月,英國《每日郵報》報道稱,加拿大托特公司正計劃建造一個高度約2萬米的“塔梯”。該公司已獲得美國專利,用于建造獨立的塔形結構,從地球表面延伸至1萬米。如果真的建成,這座太空塔的高度將是世界上最高的建筑,比迪拜塔高20倍。
“貨運梯”在俄羅斯
 
將纜繩從太空艙送回地球,巧妙地完成運輸。
據俄羅斯《真理報》報道,“梯子”的想法近年來將取得突破。受歐洲太空署委托,俄羅斯薩馬拉太空大學的科學家們一直在研究建造這種裝置,可以將許多物品從國際空間站送回地球。報道稱,俄羅斯科學家的研究工作已經到了最后階段。這種“貨運梯子”的主要工作原理并不復雜。裝有貨物的太空艙將通過一根30公里長的電纜從太空站延伸到地球。電纜的重量不會超過6公斤,自然需要用特殊的材料燃燒。
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