厲害了我的國!中國也在開發科幻小說裡面才會存在的「太空電梯」

2020-12-18 迷離腦洞

科幻小說並不總是虛構的。例如,在1863年,法國作家儒勒·凡爾納(Jules Verne)寫了一本名為《二十世紀的巴黎》(Paris In the Twentieth Century)的好書。他寫了關於玻璃和鋼鐵的摩天大樓、計算器、傳真機和全球通信網絡。而幾百年後的今天其書中所描述的很多事件都成為了現實。

更引人注目的是,兩年後,他寫了他的國際暢銷書《從地球到月球》。這是一個巨大的成功,但在當時,讀者自然不知道僅僅一百年後,這樣的遠徵實際上會發生。

今天,一些人正在研究新的更便宜的方法發射到外太空。在英國作家阿瑟·c·克拉克的小說《天堂的噴泉》中,描述了22世紀太空電梯的建造過程;這個「軌道塔」是一個從地面升起的巨大結構,它與地球靜止軌道上的一顆衛星連接,高度約3.6萬公裡。這樣的結構將用於提高有效載荷進入軌道,而不需要使用火箭。

半個多世紀以來,火箭一直是進入太空的唯一途徑。但在不久的將來,我們可能會有另一種運送人和有效載荷的選擇:一個從地球表面延伸到22000英裡高空的巨型電梯,地球同步衛星在那裡繞軌道運行。

太空電梯的想法最早是在1895年由俄國科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)提出的,他在火箭領域做出了開創性的工作。正如今天人們普遍設想的那樣,太空電梯將由機動升降艙組成,這些升降艙由地對空纜繩驅動。纜繩將從赤道的太空站延伸到地球同步軌道上的太空站。地球自轉所產生的離心力會把繫繩拉得很高。

總部位於東京的全球建築公司大林公司(Obayashi Corp.)說,它將在2050年之前建造一艘這樣的船,而中國希望最快在2045年就能建造一艘。現在,即將在國際空間站上進行的一項實驗將有助於確定太空電梯在現實世界中的可行性。

東京的全球建築公司大林公司,則表示從建組的角度出發,看好探索太空電梯的未來潛力,並描述了一種新設計的全空間電梯系統,包括其建造過程,Obayashi公司是根據完成世界最高建築的建築工程師的工作而設計的獨立式塔2012年的東京晴空塔。

在下面的視頻中,展示了一個太空電梯,該電梯從地球港口作為人們的出港口升至36,000公裡高度的地球靜止地球軌道站。

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Obayashi公司的太空電梯計劃概念預計於2050年建成,可承載100噸的乘坐者。它由96,000公裡的碳納米管電纜,直徑為400米的浮動地球埠和12,500噸的配重組成。其他設施包括火星/月球重力中心,低地球軌道門,地球靜止地球軌道站,火星門和太陽系探索門。

施工過程包括部署電纜和建造設施。為了估計電纜,配重,設施和攀登機的特性,並確定施工程序,有必要分析電纜動力學。纜線動力學的參數包括由於攀登者上升引起的纜線張力,位移和伸長,配重和纜線的質量,風以及設施的固定負載。藉助於運動方程的計算機模擬,Obayashi公司設計了系統並確定了構建過程。

根據最終計算結果,Obayashi公司得出以下結論:在假定電纜抗拉強度為150 GPa的情況下,施工在技術上是可行的,建造電纜大約需要20年,風或科裡奧利力對電纜位移的影響很小,並且必須將電纜的一端固定到地面,始終在接地端施加預張力。根據計劃,最初將部署20噸的電纜,並由多達7,000噸的登山者進行510次加固,在大約18年的時間裡連續上升。然後在一年內運輸和建造這些設施。

而我們中國科學家已經開發出一種碳納米管纖維,我國清華大學研究出一種纖維足夠堅固,可以用來建造太空電梯。清華大學的研究團隊已經為這項技術申請了專利,並於2018年早些時候在《自然納米技術》雜誌上發表了部分研究成果。

「在許多高端領域,如運動器材,彈道裝甲,航空,航天,甚至是太空電梯,對光纖的需求都很大」。據稱,這種新纖維的略多於半立方英寸可以懸掛160頭大象,或800噸以上的重量,而不會流汗。來自北京清華大學的研究人員利用碳納米管開發的超長纖維,碳納米管是一種發電材料,已經確認比鋼更強韌。

儘管乘坐太空飛船在太空遨遊在目前不是人人都可以實現的,但總會有其他的太空旅行的項目-比如太空電梯等極具想像力的項目會誕生。即使這個目標在目前看來似乎遙遙無期。不過,太空電梯這一前衛的概念講述了一個關於追逐夢想和思考可能發生的故事,並衍生出了一個問題:人類的想像力是否能夠實現無限的可能?小編個人認為這個答案是肯定的,因為擁有想像力才是縮小與夢想尺寸的能力。

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