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

2020-10-18 科學求知之者

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?

首先,咱們先看看,世界上都有哪些團隊在研究這個項目。

實際上,最早開始對太空電梯展開研究的,仍然是超級大國——美國的官方團隊,NASA。

1999年的時候,洛斯阿拉莫斯國家實驗所布拉德利·愛德華茲博士在NASA的贊助下,制定了一整套利用1991年人類剛剛發現的碳納米管建造太空電梯的可行性報告。接下來,美國宇航局馬歇爾中心的先進辦公室發表了《天梯:太空的先進基礎設施》一文,認真分析了其中的問題,開始正式考慮研發太空電梯。

除了NASA之外,還有美國的電梯港集團公司也在研發這個項目。他們對於太空電梯的研發並不奇怪,該集團的總裁麥可-萊恩,此前就是NASA的工程師。

2001年到2003年期間,萊恩就身在NASA的太空電梯項目。2003年的時候,萊恩加入電梯港集團,仍然在專注於這個項目。當時他的公司利用一種叫做懸浮球載平臺,該平臺與地面相連接,可以把機器人升到2000米的高空中。

太空港公司是太空電梯項目在2007年的經濟危機期間遭遇到了麻煩,一直暫停了5年。2012年的時候,他重新提出了這個計劃,並且宣稱可以在8年內實現在月球建立太空電梯的目標。

巧了,今年恰好是第8年,我也很好奇萊恩會拿出怎樣的成果~

實際上,在太空電梯方面走得最遠的,當屬我們的鄰國日本了。

和萊恩的8年計劃不同,日本還是比較穩紮穩打的。日本建築公司大林組計劃,他們的太空電梯,大約在2050年實現,暫時起名為「東京天空之樹」。這個時間,看起來還靠譜一點。根據計劃,他們建立的太空電梯從地面延伸到9.6萬公裡的高空(超出同步衛星軌道的部分是為了平衡的,我們前面介紹過)。為了能夠實現這個項目,他們準備邀請全日本的大學,群策群力,完成這個驚天項目。下圖是大林組公司的計劃和預想圖。

2018年的時候,為了探索這個項目,日本發射了兩顆超小立方衛星。這兩顆衛星在太空中要通過鋼索連接,鋼索上有一個小容器,作為微型版的太空電梯,通過電機的動力實現移動傳送貨物。看起來,這是人類第一次真的以實踐的方式研發太空電梯。

那麼,我國是否也參與太空電梯項目了呢?

目前來說,我們還沒有聽到任何官方的消息。但可以確定的是,我國航天局不可能沒有考慮過。相信在長遠的航空計劃中,太空電梯必定佔據一席之地。這不僅僅由於它本身的優勢,還在於我國自身的優勢。

我們說過,太空電梯的難點中有一個核心難點,就是纜繩,而目前最有希望的就是碳納米管。碳納米管在性能上是目前世界上最優良的,只是想要生產長達36000米的碳納米管還是不太現實的。不過,在製造碳納米管方面,我國的技術還是比較領先的。2013年的時候,清華大學的科研團隊就成功製備了0.5米長的碳納米管(雖然還是非常非常短),仍然保持著目前的世界紀錄。

俄羅斯託木斯克理工大學新技術工程學院院長阿列克謝·雅科夫列夫在接受採訪時曾說過,他了解到中國正在研發太空電梯項目。人家的消息,自然要比我們普通人靈通得多,但是目前中國航天局暫時還沒有相關的消息傳出。畢竟,和其他國家一樣,我國也有大量的航天任務等待完成,路要一步一步走,一口吃不掉一個胖子。科學家們比我們更懂得其中的道理,他們做出的選擇,一定是目前最合理的選擇。

總之,我們不如拭目以待。2050年看起來總比衝出太陽系或者人類實現曲率驅動引擎這些事要近得多,相信有一天,我們可以看到這項奇蹟工程,沒準還能上去體驗一把呢。

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    建造太空電梯有2個難點,第一個難點就是如何獲得最上面那個用來配重的物體不過,這種材料的製造難度非常高,2013年,我國清華大學的魏飛教授團隊成功製造出了世界上最長的碳納米管,長度大約是半米,這項成就在線發表在了國際著名材料學期刊《美國化學納米》上。好吧,現在能做出半米長的碳納米管就已經是世界紀錄了,而太空電梯需要的長度則至少超過 4 萬千米,距離是還很遠,但大家想想集成電路的發展吧,假如碳納米管也以摩爾定律的速度發展。
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    建造太空電梯有 2 個難點,第一個難點就是如何獲得最上面那個用來配重的物體。如果工藝完美的話,在理論上,碳納米管的強度能達到 5000 萬到 6000 萬尤裡的水平,可以用作太空電梯的纜繩。不過,這種材料的製造難度非常高,2013 年,我國清華大學的魏飛教授團隊成功製造出了世界上最長的碳納米管,長度大約是半米,這項成就在線發表在了國際著名材料學期刊《美國化學納米》上。
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