太空電梯是如何運轉的?未來有沒有可行性?

2020-12-02 未來科技展

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。那下面咱們就一步一步的來了解空間電梯是否可行?

空間升降機是人類設想的通向空間的裝置。類似於普通的電梯,它的作用不是讓乘客在地板之間來回移動,而是把他們送到距離地球36000公裡的空間站。隨著人類太空探索步伐的加快,科學家們正在考慮設計一個太空電梯,以促進外層空間和地球之間的物質交換。

太空電梯

太空電梯的起源與想法

太空電梯的想法可以追溯到1895年,當時俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)受當時新建的艾菲爾鐵塔(Eiffel Tower)的啟發,開始認為,如果該塔能夠建造到35800公裡的高度,那麼它將直接進入地球靜止軌道,因此不需要火箭將宇宙飛船送入太空。他的概念和我們現在的想法類似。在《天堂之泉》中,科幻作家克拉克還提到,主人公建造了一座太空電梯,這引起了人們對太空電梯的極大興趣。

2002,美國國家航空航天局的Brad Edwards鼓勵同事重新思考現代太空升降機。布拉德·愛德華茲在報告中指出,一個可行的太空電梯應該由四個部分組成:纜繩、錨、配重和電梯。電梯由耐用電纜和機械升降機組成,從地面延伸到外層空間。電梯,像普通電梯一樣,可以攜帶許多噸的設備和設備,沿著繩子來回運送。在地球表面有一個很重的錨,把纜繩牢牢地固定在地面上,在頂部有一個平衡重來支撐纜繩,它可以用作空間站。

太空電梯的原理與運轉

理論上,空間升降機比火箭和宇宙飛船更可行,更節能。一個孩子拿著一根繩子,把一個重物放在一端,繞著他的手軸擺動一個圓圈,在繩子的一端靠近他的手心,一隻螞蟻隨著樹的擺動爬上重物的一端,當螞蟻到達那一端時。結束後,達到一定高度,並有旋轉速度。這就是太空升降機的原理。火箭的推進包括兩個方向,一個是垂直上升,另一個是平行於地球表面的橫向加速度。太空升降機就像繩子上的螞蟻,手的軸線就像旋轉的地球,只要它在軌道上爬升,在地球自轉的幫助下到達頂部。平行表面的旋轉速度比火箭的水平驅動力節省。

太空電梯的建築與構造

空間升降機主要由四個結構組成,即地面底座、纜索軌道、空間艙和升降艙。吊裝方式與普通電梯相似。底座在地球表面,穩定電纜部分在地表下,頂層是電梯的出入口,空間艙是漂浮在低地球軌道上的車輛,電纜軌道連接底座和空間艙,升降模塊是用於升降的空間。載人和貨物。石墨烯和納米金剛石絲是兩種很有前途的材料,但其強度仍然不足。電纜需要經受大氣腐蝕、輻射和隕石衝擊。

單個建築物上部容積最大,施工難度最大,隨時可能對人體或空間造成不可修復的破壞,因此施工過程必須成功。當材料和施工技術不成熟時,月球可作為建築空間電梯的試驗場地。月球重力較小,降低了材料強度要求。防彈纖維可用於月球空間升降機的建造,也可用於小行星採礦的能源。

太空電梯的可行性

《大眾科學》雜誌的麗貝卡·博伊爾說,太空遊客將乘坐與碳納米管電纜相連的電梯狀艙室進入太空。碳納米管電纜是地球和月球之間距離的四分之一,大約96000公裡,與太空中的平衡重相連。根據大林集團的初步計劃,電梯艙可容納30名遊客,時速約201公裡。安裝在軌道站上的太陽能板負責向空間升降機供電。遊客進入太空需要一個多星期。

專家指出,碳納米管只是毫米級的產品,遠非實用;將各種電梯建築材料發射到30000多公裡外的空間是昂貴的;一旦「太空電梯」由於嚴重事故而倒塌,空氣和地面將損失慘重。我非常震驚。專家認為,面對這些困難,「空中電梯」很難在短時間內啟動。

此外,當太陽風對空間升降機施加壓力時,來自月球和太陽的重力會使繩索擺動。這可能導致空間電梯搖擺,也可能撞到衛星或太空電梯自身零件,導致繩索斷裂或空間電梯墜毀。為此,空間電梯必須在螺旋槳內部建造,以穩定空間電梯的致命擺動振動,但這將增加建造電梯的困難以及施工和維護成本。

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