百年前就已提出的太空电梯!究竟还有什么阻挡着我们建造它?(3)

2022-01-18 11:31     腾讯

另一种方法是将一个巨大的带状卷轴发射到地球静止轨道上,然后向地球下落,同时将另一个卷轴向上释放,以抵消引力并留在轨道上。最初的飞船将停留在地球静止轨道上,并有向两个方向延伸的长电缆。这个想法看起来就像是直接从科幻小说中走出来的;这种想法所需的工程和材料技术比我们目前所能做到的要先进得多。

太空电梯需要极高的抗拉强度才能抵消将这座10万公里的巨型建筑往下拉的重力,以及将其向上拉起的配重的离心力和惯性(稍后我们将介绍这一点)。它需要在极端炎热和寒冷、来自大气的不可预测的力量和来自外层空间的辐射中保持稳定和功能。最重要的是,它必须在微型陨石和太阳风不断撞击它的粒子中幸存下来。一种可以在所有这些要求上打勾的物质真的存在吗?我们认为碳纳米管可能是答案。

碳纳米管是纳米级别的圆柱形碳结构;我们无法在自然中找到它们,它们也很难制造出来。它们是迄今为止发现的最坚硬和最坚固的物质,它们表现出非常高的抗拉强度,使它们恰恰成为我们太空电梯所需的那种材料。它们也是导电的,所以我们不需要额外铺设电线来为登山者或电梯供电。

然而,即使拥有巨大的强度,碳纳米管电缆在破碎之前也只能支撑大约5000到7000公里的自身重量——远远低于太空电梯所需的10万公里。也就是说,技术的进步才能让我们达到生产合适的材料或操纵现有材料的阶段。

太空升降机还需要在顶部加一个配重。换句话说,电梯必须附着在非常重的东西上,就像它附着在底部的地面上一样。你建造的电梯越高,这个配重就需要越轻,这样才能抵消你给电缆本身增加的额外质量。为了确保地球静止轨道高度以上和高度以下的质量大致相同,平衡力是必要的;因此,向上拉动系统的离心力等于向下拉动系统的重力。

如果我们建造一个最小高度为35,786公里的太空电梯,平衡重量将会十分巨大……相当于月球大小的三分之一。要做到这一点,一种方法是捕获一颗小行星,并将其带入围绕行星的轨道,这样我们就可以建造通往它的电梯。如果人类伟大的工程师在6500万年前,也许消灭恐龙的小行星可能已经被用来建造太空电梯……

如果你的电梯超过5万公里高,电梯的顶端将会以极快的速度在地球上运行,以至于它会达到所谓的逃逸速度——超过这个速度,你就会飞离地球的轨道。在这一点上,你可以简单地跳出电梯到达月球,尽管你的轨道计算必须令人印象深刻地精确,才能避免漂浮在虚无中。电梯延伸到100,00公里,如果恒星(或行星)对齐,你就有足够的速度计划一次木星之旅。

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