“危樓高百尺,手可摘星辰。 不敢高聲語,恐驚天上人。” 這是李白的詩句《夜宿山寺》,是不是有點像極富想像力的科幻文學?其實,一個連接地球和太空的天梯計劃早已不是玄幻話題。
1978年,阿瑟·克拉克創作出了包攬星云、雨果兩大科幻文學獎項的作品,而其中最閃亮的主角就是太空梯。“如果空間的物體能夠保持與地面的相對靜止,那么為什么不能從這個物體上方下一條纜索,用它把宇宙連結起來。”(阿瑟·克拉克)
1 搭個天梯去到天空城堡
最早提出太空天梯設想的人是俄羅斯著名學者齊奧爾科夫斯基。他提議在地球靜止軌道上建設一個太空城堡,和地面用一根纜繩連接起來,成為向太空運輸人和物的新捷徑。1970年,美國科學家羅姆·皮爾森進一步完善了太空天梯的設想。
所謂地球靜止軌道,是因為當在該軌道上的航天器以每秒7.27×10-5弧度的角速度繞地球運行時,正好與地球自轉的角速度相同,故從地面上看去,好像固定在太空中不動一樣,因此才被稱為地球靜止軌道。正緣于地球靜止軌道的這種特殊功能,齊奧爾科夫斯基才提出在它上面設置一個太空城堡,垂放一根纜繩錨在地球赤道上,就可成為通向太空的天梯。這架梯子可以筆直地通向靜止軌道,在無外力影響時它不會彎曲,能成為通往太空的運輸線。截止到目前,包括中國在內的一些國家,已向靜止軌道發射了多顆衛星,成功掌握了高軌道航天器入軌技術,這都為將來建造太空天梯奠定了一定的技術基礎。
2 太空電梯計劃所費不算太大
1978年,著名科幻作家阿瑟·克拉克出版了科幻巨著《天堂之泉》。他設想從位于地球靜止軌道上的一顆衛星上向下伸展出一個梯子,直達地球赤道表面,人們即可像乘坐電梯一樣到太空中去游覽觀光并運送貨物。當時有人問克拉克需要多長時間才能實現這一夢想,他回答道:“在受大家嘲笑的50年后。”21年后的1999年,美國宇航局馬歇爾中心的先進辦公室即發表了《天梯:太空的先進基礎設施》一文,標志著天梯將從幻想走向現實。
2004年6月30日,在華盛頓召開的第三屆國際天梯會議上,專家們對天梯這一宏偉構想進行了探討。時隔僅僅9個月,2005年3月23日,美國宇航局正式宣布太空天梯已成為世紀挑戰的首選項目。以研究天梯而著稱的西弗吉尼亞州費爾蒙特科學研究所的布拉德·愛德華茲博士在論文中寫道:“天梯可以使人類歷史實現跳躍性的發展。”他認為自己構想中的初版天梯可能在2019年問世,其成本大約為70億~100億美元,與人類其他大型太空工程相比,這項費用并不算太大。
太空天梯一旦建成,就可晝夜不停地開展運輸工作,把旅游者和貨物送入太空,并大大降低運送費用。目前火箭發射或航天飛機運送每公斤有效載荷約需2萬美元,而太空天梯運送每公斤物品僅需10美元,從而能夠推動空間技術實現跨越式發展。
3 美國第一次提出在月球上建天梯
美國某集團有史以來第一次提出在地球的天然衛星月球上建立“太空電梯”,他們稱這一設想可能在八年內實現。
“大約在六個月前,我們的研發工作取得了根本性突破,我們認為這一突破將改變人類文明”,前美國國家航空航天局工程師、現任美國電梯港集團總裁邁克爾·萊恩表示,這個突破性的進展可以讓他們借助現有技術,讓搭載人造衛星的火箭進行月球單程之旅,以及成功建造能夠在月球使用的太空電梯,而這一想法可能在八年內實現。
據報道稱,該公司開發的“太空電梯”系統,計劃首先利用纜繩測試該系統,然后才推出月球系統。該公司研究人員最終希望使用一個“太空電梯”把月球和空間站連接起來。為了實施這個龐大的計劃,他們最近在網上發起了一項集資活動,希望為月球“太空電梯”籌得第一筆資金。資金主要用于創建一座與地面相連的懸浮球載平臺,這樣機器人可以借助它向空中上升1.2英里(約合2000米)。
2001年到2003年期間,萊恩先是與美國國家航空航天局先進理念研究所的團隊合作,共同開發“太空電梯”。2003年,他加入電梯港集團,通過實驗實現了讓機器人在懸浮球載平臺的幫助下向空中上升了1英里(約合1600米)的試驗。
由于經濟危機的影響,該公司在2007年到2012年期間曾被迫關閉,很多人已經離開并參與到其他項目的研發當中。萊恩說,他們正在培訓一個新的合作團隊。據了解,該公司進行一年的可行性研究至少需要300萬美元。
該公司希望,如果這項技術成功的話,也可以應用在地球上的其他領域。比如,它們還可以在地球上充當廉價的通訊塔,以幫助提供無線網絡、監控農作物生長、預防森林火災,若在上面安裝攝像機,人們還可以借助它來觀測一些自然災害的后續情況。
除了美國的電梯港集團,還有許多科學家和機構致力于研發“太空電梯”,日本和俄羅斯的科學家也曾就如何設計“太空電梯”提出了初步方案。
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“太空電梯”原理
基座:根據科學家的介紹,“太空電梯”的基座基本上應該在赤道上,因為這里與地球同步軌道的距離最短。此外,基座還有“固定式”和“漂浮式”兩種。其中“固定式”的容易建造與之配套的各種硬件設施,比如地面上的基站,指揮部等等。而“漂浮式”也有著自己的優點,也有躲避不良氣候以及減少重力的作用,因此也有不少支持者。
纜繩:目前的設計都傾向于使用一條扁長的帶子作為纜繩。據計算,由于地球重力的作用,地球同步軌道處的纜繩會最粗,然后向兩邊變細來節省重量。關于纜繩的材質,目前人類已知的材料中,最有希望的是碳納米管。
電梯:“太空電梯”畢竟不是傳統電梯,最簡單讓電梯爬上去的方法就是在電梯上裝上馬達,從而取得向上的動力,電源可以從纜帶上取得。但是目前比較科幻的想法是在“太空電梯”上裝上反光板,然后利用激光將電梯艙“射”上去。
未來“太空電梯”
人數 可供30人乘坐
速度 以200公里時速上下
時間 7天半抵達高度達3萬6000公里的太空站
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