震惊:《三体》构想成真,搭电梯去太空或从科幻变现实
作者: 2018-01-04 10:07:52 浏览:174
[打印]

  “女士们,先生们,欢迎大家搭乘太空电梯。我们第一站将抵达月球平台,整个行程需要5小时,请大家在享受整个旅程之前系好安全带并坐好。太空电梯上升的过程中,大家可以欣赏玻璃窗外的景色,比如地球的球面变化以及天空将从深蓝色变成黑色,这应该是你看到的最为激动人心的景观之一……”

  这听起来像科幻小说里的一个章节,但它或许某天将成为现实,因为现在科学家们正在考虑下一个遥远的太空运输系统——太空电梯。

  太空电梯,100多年前就被提出

  在《圣经·创世纪》中有这样一则故事——地面与天空用“天梯”连接,人可以通过“天梯”往返天地之间。雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子,称之为雅各布天梯。

  而太空电梯的概念最早在1895年提出。当时,俄罗斯火箭专家齐奥尔科夫斯基从巴黎的埃菲尔铁塔得到灵感,大胆提议从地球的表面到其静止的轨道高度建一个“独立的塔楼”,并通过一条缆绳和一个电梯舱,将“塔楼”与地面连接起来,这样太空飞船就可以不通过火箭发射进入轨道。不过,当时看起来简直是天方夜谭,甚至有人嘲讽他不如“改行去写科幻小说”。

  不过自从太空电梯的概念被提出后,确实也成为了科幻小说中常见的创作元素。1978年,被誉为现代科幻三巨头之一的阿瑟·克拉克,就曾将这一设想写进了他的科幻巨著《天堂之泉》(FountainsofParadise)。这部小说描绘了在一座热带岛屿上,人们可以通过落在赤道上的一座天梯前往太空观光或运送货物。

  2015年世界科幻小说最高奖“雨果奖”的获得者刘慈欣,在其科幻著作《三体》中,也多次提及太空电梯。其中有这样一段描述:

  “所有的太空电梯都只铺设了一条初级导轨,与设计中的四条导轨相比,运载能力小许多,但与化学火箭时代已不可同日而语,如果不考虑天梯的建造费用,现在进入太空的成本已经大大低于民航飞机了。”

  不光在文学界,在现实社会中太空电梯也激发了科研人员的兴趣。特别是随着人类探索太空步伐的加快,科学家逐渐沉下心来思索,能否将太空电梯变为现实?

  “我喜欢这个异想天开的创意,”伦敦大学学院高度、空间和极端环境医学中心创始人凯文·方在接受BBC新闻的采访时说:“我能理解人们为什么被太空电梯的概念吸引,如果我们能以廉价和安全的方式进入太空,整个太阳系就会成为我们的囊中之物。”

  找到制造材料是最大挑战之一

  太空电梯之所以能点燃各国的研究热情,成本方面是主因。据国际宇航科学院(IAA)报告统计:一旦太空电梯建立,携带负载进入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元,这省下的可是一笔天文数字。

  为此,目前日本、美国、加拿大等国已有数个太空电梯项目在加快步伐执行。

  △加拿大公司Thoth设计的充气太空电梯

  那么在现实中要建造太空电梯,挑战在哪里呢?

  根据科学家们的设想,太空电梯其主体由5部分构成:地面基座、缆绳、电梯舱、太空站和重量平衡器。

  其运作模式大致如下:从距离地面3.6万公里的地球同步卫星上“抛”下一根缆绳下垂至地面基站,在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳被绷紧;电梯舱则沿着缆绳往来运输人和物;此外,为保持平衡,在太空站远离地球的另一侧也要架设数万公里的缆绳索道,并在缆绳末端连接一个重量平衡器。整条缆绳全长约为10万公里,相当于地球到月球距离的约1/4。

  从哥特式大教堂到摩天楼再到太空电梯,在建造任何高层建筑时,坚固度和平衡重心都是两大关键。不过直到现在,可用于制造太空电梯所需绳索的材料仍屈指可数。

  2014年,GoogleX的快速评估研发团队也开始太空电梯的设计,但最终发现没有人制造出超过一米的完美的碳纳米管链。因此他们决定把这个项目“深度冻结”。

  由此来看,建造太空电梯最大的挑战之一,在于找到制造电梯缆绳的材料。一根普通的钢丝从9公里的高空中垂下来会被自重所拉断。好在碳纳米管的发现,让人们又重新燃起了希望。细小且强度可与金刚石媲美的碳纳米管,居然柔韧性极佳,并且可制成纤维。据测算,一根宽1米、薄如纸的纳米管缆带,就能支撑13吨的重量。

  2014年9月,美国宾夕法尼亚州立大学的化学教授约翰·巴丁在《自然材料》上发表文章称:他们研发出超细、超坚固的纳米线,比之前发现的碳纳米管更坚固和牢靠。“我们的纳米线就像是一个由尺寸最小的钻石串成的微型项链,其中一个最疯狂的梦想就是用于制造超级坚固的轻型绳索,让打造太空电梯的梦想成为现实。”巴丁说。

  当前,太空电梯不再被认为是一个“超前命题”,这个项目逐渐被美国NASA,欧洲航天局(ESA)等研究机构所接受。而且随着新材料科学的发展,太空电梯开始从幻想走进现实,不再是那么遥不可及。

  也许一旦太空电梯运用后,太空旅行将成为我们日常生活的一部分,就像石器的发展打开了人类祖先广阔的新栖息地,并改变人类生活方式,未来的太空电梯或许也将改写人类的命运。

  本文标签:太空电梯

注:本站招标、拟在建信息为企业单位免费自行发布,投标前请严格审查,谨慎交易!
声明:本网站所登载之内容,如有侵犯他人声誉、版权或著作权等当事人合法权益的,请来电或来函告之,我们将予以更正。