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“太空电梯”迈出第一步

庞之浩
2018-10-11 11:23:48  来源:人民日报

  近日,日本向国际空间站发射了一对超小型卫星,首次进行“太空电梯”试验。

  据称,国际空间站将释放这对边长为10厘米的立方体卫星,并用长约10米的缆索将它们连接,通过电动机转动,一个类似电梯吊箱的容器将从缆索一端移动到另一端。这将是人类首次在太空缆索上移动容器。短短10米缆索,迈出了实现太空电梯的第一步。

  太空电梯的概念早在1895年就由俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基提出。1979年,著名科幻大师克拉克在小说《天堂的喷泉》中,再次提出了太空电梯的设想。其实,太空电梯和普通电梯的原理相似:需要长长的缆索,一端固定在地球上,另一端固定在运行于地球静止轨道的平衡物(如大型卫星或空间站)上,在引力和向心加速度的相互作用下,缆索被绷紧,电梯可沿缆索上下运动。

  目前,人类进入太空的主要工具为运载火箭,为了摆脱地球引力,其自身携带的燃料占火箭总重量的90%左右。每运送一千克有效载荷上天的成本至少需一万美元,性价比很低。如果通过太空电梯进行天地往返,虽然造价很高,但不需要动用大量燃料,建成后的运行费用会大大降低,还能像高速公路一样24小时运转。一项测算显示,用太空电梯运送人员和货物到太空,成本只有目前所需的1%。

  研制太空电梯的最大挑战,是要开发出数万千米长的超强缆索,据估计,缆索的总长度需10万千米左右。这对缆索提出了很高要求:必须非常轻,而且要极其牢固,才能经受得住大气层内外任何物体的撞击。因此,很长一段时间,太空电梯都只是一种想象,直到1991年碳纳米管的出现,才赋予了太空电梯更大的实现空间。碳纳米管具有质量轻、强度高的特点,一根像缝衣线粗细的碳纳米管,就能承受一辆汽车的重力。目前,日本、美国、俄罗斯和欧洲航天局都在着手这方面的设计,方案大都由基座、缆索、吊箱和动力系统等组成。

  眼下,太空电梯的制造除了需要突破材料等方面的限制,还有许多安全问题需要解决,如雷击、飓风、流星、原子氧、太空碎片等对其运行产生的影响。有些问题已有对策,如将基座选在无雷区以避免雷击;也有专家建议选择一个更适宜的中转站,如在月球上建造太空电梯。因为月球的引力只有地球的1/6,依靠目前科技水平制造的合成纤维缆索即可达到强度要求,而且月球周围也不受雷击、飓风、太空碎片等问题的困扰。

  无论如何,缆索都是太空电梯最关键的环节。近些年来,一些国家正紧锣密鼓研制强度更高的碳纳米管纤维材料,使太空电梯从天方夜谭朝着现实发展。也许在不远的未来,人类真的可以搭乘“天梯”进入太空。

  (作者为全国空间探测技术首席科学传播专家)

编辑:张苇柠

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