太空電梯?別笑,科學家一直在認真思考這個問題

2020-10-18 科學求知之者

(這一個系列已經準備了好久,不過為了讓大家看到嚴謹的文章,我最近翻閱了一些資料,今天終於正式推出了,歡迎大家關注~)

20世紀70年代,前蘇聯的航天學專家、被譽為航天之父齊奧爾科夫斯基,在1895年參觀艾菲爾鐵塔的時候,突然萌生了一個想法:要是我們建一座足夠高的電梯,是不是可以直接衝出大氣層,升入太空?

這個想法,即使在現代很多人的眼裡,都是有點、甚至非常荒誕不經。你咋不上天呢?套用文言文說:閣下何不乘電梯,扶搖直上九萬裡?

不過,既然是航天專家提出的理論,那就不一樣了,人家肯定是有根據的。因此,這個想法一直到現在,仍然是科學家們思考的問題:我們是否真的可以實現坐電梯上太空?

當齊奧爾科夫斯基提出這個想法之後,除了他的同事們之外,最先響應的,就是科幻作家了。科幻作家阿瑟·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》中,就描述過和太空電梯相關的橋段。

而我們科幻作家劉慈欣的名作《三體》中,也有過對太空電梯的描述。

所謂的太空電梯,並不是隨便送到太空的某個地方。根據齊奧爾科夫斯基最初的想法,它是連接到一個空間站的。通過電梯,將各種物件直接傳送到空間站,要比火箭來得方便得多,而且成本要更低。

國際宇航科學院(IAA)指出,如果太空電梯能夠實現,那麼人類將地球上的物品送到太空的成本將會由每公斤20000美元降到僅僅500美元,可以說降幅相當可觀。

沒辦法,誰讓我們的火箭這麼「垃圾」呢。

別的不說,就以火箭本身為例,現在大部分火箭都是一次性的,完成發射任務後,箭體和發動機等各種昂貴的部件全都要報廢。點火,嗖~造價幾千萬甚至一億多美元的火箭就下班了,人們繼續造下一枚火箭。相比之下,我國的長徵三號火箭基本算是最便宜的一種了,即便如此,一枚長徵三號的造價也要6000萬美元!

要知道,我們的火箭所消耗的燃料中,有非常大的一部分都是用來擺脫地球引力的。別看火箭一個個直徑好幾米、長度好幾十米,其實真正裝人的空間只有6%,火箭主要結構佔據了14%,剩下80%的空間全是燃料。

當然了,回收火箭是最直接的降低成本的方法,如果能重複利用火箭,那麼成本將大大降低(或者美國的太空梭,問題在於太空梭本身造價就十幾億美元,所以得用十幾二十次才能和火箭成本相抵)。但是,且不說2015年馬斯克的SpaceX 公司首次實現火箭回收的技術,那時候齊奧爾科夫斯基正好死了80年,而距離他提出太空電梯也有恰好120年了。即便到了現在,世界各國依然以一次性火箭為主。畢竟火箭回收所需的設備、燃料等,都會影響到火箭本身的效率,馬斯克搞的火箭回收技術,本身就不能節省成本。

不止在成本方面,太空電梯還可以極大程度上保障航天員的安全性。不論是火箭還是太空梭,在歷史上帶來的太空事故都讓我們觸目驚心,而且至今記憶猶新,而太空電梯則比這些工具要安全得多。

此外,太空電梯還可以輔助太空飛行器的發射。簡單說,就是利用離心力。在地表的時候引力比較強,所以這個想法不太現實。但如果遠離地表,而由於距離地心遠而角速度不變帶來的線速度增加,所以太空飛行器的發射會更加簡單。這同樣意味著人類進入太空的成本可以大幅下降。

更重要的是,太空電梯是人類進入太空的一條捷徑。如果這個項目成功,我們將不再受到火箭建造、發射能力等因素的限制,可以大幅提高開發太空的速度。不論是建造空間站、還是太空發電廠、做太空實驗等等,都會更加方便。

科學家還告訴我們:其實我們的地球是實施太空電梯計劃最不合適的天體之一,比地球大的太陽系天體都是氣體星球,自然不可能建造太空電梯,而地球又是巖石行星中最大的,引力也比較強。如果能把太空電梯引用到火星、土衛六、月球等天體(當然要等到我們開發了這些星球之後)上,對於人類來說會有更好的收益。

所以,太空電梯的設想,是齊奧爾科夫斯基的大膽預想,也給後人提供了借鑑。

當然,除了科幻作家之外,也有很多的科學家仔細考慮過這個問題。他們認為,其實這個太空電梯的想法還是可行的,而且也確實有優勢。

因此,在1999年,NASA的馬歇爾中心發表了一篇名為《天體:太空的先進基礎設施》的文章,正式決定考慮研發太空電梯。而俄羅斯方面,也一直在進行著相關的研究。到現在,越來越多的國家開始意識到太空電梯的巨大優勢,開始認真考慮這件事情。

那麼,太空電梯該如何實現呢?咱們下一期再介紹。

相關焦點

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    太空電梯的想法可以追溯回1895年,當時俄羅斯科學家Konstantin Tsiolkovsky受到當時剛建成的艾菲爾鐵塔的啟發,他開始思考,如果能夠把鐵塔建至35,800公裡的高度,就會直達地球靜止軌道
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    雖然伊隆•馬斯克是時代的開創者,但他也有不認同的地方,比如太空電梯就是其中之一,他認為太空電梯概念過於牽強,目前的技術還無法實現。(羅輯/編譯)在麻省理工學院於去年10月舉行的會議上,伊隆•馬斯克認為太空電梯其實非常複雜,如果用一個比喻來形容太空電梯的複雜性,那麼我們更傾向於在洛杉磯與東京之間架設一座橋梁,或許後者的工程複雜性更低一些。
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    最近從各大媒體渠道流出來這麼一則消息,就是日本某公司正在研製&34;,計劃在2050年將遊客送到太空。所謂&34;,顧名思義就是類似於普通電梯的一種通往太空的設備,電梯啟動後,具有向上的加速度,人體通常也會有一些超重和失重的不適感。
  • 太空電梯真的來了!下周,日本將進行世界首次太空電梯試驗
    未來的太空電梯,從地球一路爬升到距地面3.6萬公裡的同步軌道空間站此次測試旨在進行概念驗證,如果一切順利,科學家能夠驗證太空電梯的可行性。測試中,衛星上的攝像頭將對電梯的移動進行全程監視。靜岡大學發言人在接受法新社採訪時表示:「這將是世界上第一項在太空測試電梯移動的實驗。」日本大林組建築公司表示可以利用碳納米管技術建造一個9.6萬公裡高的電梯豎升。碳納米管的強度是鋼材的20倍太空電梯的終極目標是向太空運送人員和貨物。很久以前,科學家便開始做太空電梯夢。
  • 太空電梯可能實現嗎?
    所以,齊奧爾科夫斯基和克拉克都會成為未來太空電梯命名的有力候選者。好,下面我就來為你講解在《迷人的技術》這本書中,作者魏納史密斯是如何講解太空電梯的原理以及實現路徑的。 太空電梯的原理真的很簡單,用最簡單的話來說,就是在地球同步軌道衛星上垂一根長長的繩子,一直垂到地面上。
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    實際上,早在19世紀末期,前蘇聯的科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基就提出了這個想法。後來,俄羅斯和美國也都對太空電梯進行了探索和研究。現在,日本的科學家們正式開始進行太空電梯的試驗,並計劃到2050年,實現太空電梯這一暢想。如何建造太空電梯?太空電梯由五部分組成:基座、纜繩、電梯艙、空間站和平衡錘。
  • 我們從這裡出發,坐電梯到月球!太空電梯深度解析
    太空電梯的關鍵概念出現在1895年,當時俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基受到了巴黎艾菲爾鐵塔的啟發,提出建造一座類似的高塔,一直延伸到35786公裡的高度,這是地球靜止軌道的高度,從這個高度釋放的物體將會保持在地球靜止軌道上,齊奧爾科夫斯基的概念塔是一個壓縮結構,在工程上這是很難實現的,因為沒有哪一種材料能夠承受住如此巨大的壓力。
  • 太空電梯是如何運轉的?未來有沒有可行性?
    何為太空電梯?電梯是現代社會中一種非常普遍和快捷的工具。在高層城市,攀登67層幾乎是讓人心中崩潰。早在十九世紀底,科學家就提出了建造太空電梯的想法。把人類從地球上送到太空站在理論上是可行的,但對他們來說太多了。空空電梯的建設是個大問題。
  • 世界上有哪些團隊在研究太空電梯?他們都是如何克服其中難點的
    朋友們,前面幾期欄目中,我們一直在介紹太空電梯這個項目,也提到了其中的種種難點。不過,在這個世界上,還是有一些「瘋狂的人」的,他們對於研發太空電梯,不僅充滿了興趣,也充滿了信心。那麼,他們是否考慮到該如何解決這些難題了呢?
  • 太空電梯,不止是擁有不可估量的商業價值
    太空電梯的原理真的很簡單,用最簡單的話來說,就是在地球同步軌道衛星上垂一根長長的繩子,一直垂到地面上。因為地球同步軌道衛星是與地球自轉同步的,所以理論上這根繩子與地面接觸的地點就是可以固定在地球赤道的某處的。這根繩子上如果再裝一個可以升降的電梯,那麼就可以慢慢地升到太空中了。
  • 太空電梯到底可不可行?
    太空電梯的本質是建設一座永久性的「纜繩」式建築,將地面與地球軌道上的某一點連接起來,並允許運輸工具沿著這條纜繩行駛。聽起來這和我們常見的電梯確實大同小異,問題在於我們要連接哪兩個點和怎樣連接。「天梯三號是唯一一部基點在海上的太空電梯,它的基點是在太平洋赤道上的一座人工浮島,浮島可以藉助自身的核動力在海上航行,因此可以報據需要沿著赤道改變太空電梯的位置。」
  • 日本測試「太空電梯」2050年或建成 太空旅行有多遠?
    太空電梯將大大節約太空運輸成本  太空電梯的想法最早由俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基於1895年提出,他提議在地球靜止軌道上建設一個太空城堡,用一根纜繩將地面與城堡相連,以此實現太空運輸。1979年英國作家阿瑟·克拉克將這個概念寫入了科幻小說《天堂的噴泉》,引起了公眾的廣泛關注。在科幻作家劉慈欣的作品《三體》中,也有關於太空電梯的描述。
  • 日本測試「太空電梯」,百年「天梯」夢要實現了?| 新京報專欄
    作為一種低成本進入太空的方式,美國、日本、俄羅斯等各國的科學家都對太空電梯充滿了興趣,日本是最積極的國家之一,10年前就組建了「日本太空電梯協會」。太空電梯概念早已有之太空電梯的概念最初出現在1895年,由「航天之父」俄國科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基提出。它的底端位於地面或平流層之上,頂部直達外太空,所以又名「天梯」。
  • 太空夢或將實現?日本近期將進行「太空電梯」實驗
    然而,日本的一個研發團隊決定讓不可能的太空電梯成為現實。「太空電梯」的概念最早是由俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧科夫斯基於1895年提出的,但由於技術和物質方面的原因,它總是被概念化,這使得太空電梯計劃一直被擱淺。太空電梯只出現在一些科幻小說中。但現在,日本重新啟動了其很快被遺忘的太空電梯計劃。
  • 這個稀缺新材料研發成功,強度超NASA標準十倍,太空電梯有望成真?
    10月27日,據媒體報導,中國清華大學的一個研究團隊稱,他們研發了一種高強度的纖維,甚至能用於製造一臺通往太空的電梯。該團隊利用碳納米管研製出一種新型「超長」纖維,並說這種纖維的強度高於以往任何纖維。這種材料「在許多高端領域的需求量都很大,例如體育器材、彈道裝甲、航空航天甚至太空電梯等」。太空電梯這個想法已存在達一個多世紀,而且科學家在最近數十年提出了各種設計方案。迄今為止,太空電梯的理念一直停留在物理和數學模型的領域,因為沒有強度足夠高的材料來製造所需的超輕超強纜繩。
  • 太空電梯了解一下
    ,便提出了可以在地球靜止軌道(地球赤道上空 35786 公裡,在這個軌道上的太空飛行器繞地一周的時間與地球自轉時間相同)上建設一座通天塔,並通過纜繩和地面相連。 與船舶和海洋裡的鑽井平臺一樣,整個太空電梯裝置在地面設有一個巨大的錨用於固定整個電梯的位置。而在太空裡的另一端,則是一個用來提供拉力,將整個線纜繃緊的配重裝置。至於在中間的,就是用來承載太空電梯上下運行的線纜了。 而在整個裝置部署之後,乘客及貨物可以搭乘電梯以每小時 200 公裡的速度沿著線纜上天,整個行程大約為一周。
  • 日本欲發射太空電梯,若實驗成功,最快2050年可送遊客上太空
    太空電梯是科學家目前一直在努力攻克的課題,因為太空電梯對人類探索宇宙有著重大的意義。而在日前,日本一隻研究團隊計劃本月在人造衛星上放置一顆太空電梯模型,對太空電梯技術進行可行性測試。
  • 日本「太空電梯」計劃首次實踐性試驗失敗
    據日本《每日新聞》報導,日本靜岡大學於1月23日進行了「太空電梯」計劃的首次實踐性試驗,但由於地面實驗室與太空中的試驗衛星之間發生了通信故障,導致試驗最終以失敗告終。據報導,這次的試驗由日本靜岡大學工學部見能公博教授的團隊主導。
  • 太空電梯最快2050年實現?美國和日本投入研究,它的原理是什麼?
    人類對於太空的探索從來都沒有停止過,從發射探測火箭,到後來的衛星發射,最後美國還實現了登月計劃,把人類的太空事業推向了一個新的高峰。所以人們開始思考有沒有一種新的傳送方式,把人或者是物傳送到太空去,這就是太空電梯。