http://kadhoai.com.cn 2026-04-26 17:27:11 《中華工控網》原創
建造在太平洋中某個地點的高達25公裏的電梯塔(電腦設計圖)
自zi從cong前qian蘇su聯lian宇yu航hang員yuan加jia加jia林lin第di一yi次ci遨ao遊you太tai空kong開kai啟qi了le太tai空kong時shi代dai以yi來lai,那na些xie向xiang往wang更geng廣guang闊kuo的de宇yu宙zhou空kong間jian的de科ke學xue家jia們men就jiu無wu時shi無wu刻ke不bu在zai夢meng想xiang著zhe創chuang造zao更geng加jia便bian捷jie的de方fang式shi,讓rang人ren類lei能neng夠gou方fang便bian地di往wang來lai於yu地di球qiu和he太tai空kong之zhi間jian。目mu前qian,傳chuan統tong的de依yi靠kao火huo箭jian發fa射she和he航hang天tian飛fei機ji往wang返fan太tai空kong的de方fang式shi由you於yu其qi巨ju大da的de成cheng本ben使shi人ren類lei不bu能neng夠gou大da規gui模mo地di對dui空kong間jian進jin行xing開kai發fa,而er且qie也ye隻zhi能neng使shi極ji少shao數shu的de人ren能neng夠gou到dao太tai空kong走zou上shang一yi遭zao,但dan是shi這zhe種zhong狀zhuang況kuang將jiang在zai本ben世shi紀ji內nei得de到dao改gai觀guan。
9月16日在美國新墨西哥州首府聖達菲召開的研討會上,70多位科學家和工程師們就登上太空的更為方便和經濟的方法——太tai空kong電dian梯ti的de建jian造zao進jin行xing了le更geng為wei深shen入ru的de討tao論lun。在zai為wei期qi兩liang天tian的de討tao論lun中zhong,科ke學xue家jia們men致zhi力li於yu將jiang一yi個ge夢meng想xiang在zai一yi個ge世shi紀ji或huo者zhe十shi多duo年nian內nei變bian成cheng現xian實shi,即ji建jian造zao太tai空kong電dian梯ti,它ta能neng夠gou用yong來lai發fa射she人ren造zao衛wei星xing和he宇yu宙zhou飛fei船chuan,甚shen至zhi能neng沿yan著zhe數shu萬wan公gong裏li長chang的de垂chui直zhi軌gui道dao將jiang人ren類lei方fang便bian地di送song上shang太tai空kong。
這聽起來更像科幻小說而非科學計劃,事實上當美國物理學家皮爾森1970年提出太空電梯的概念時,人們對他的建議就是“改行寫科幻小說去吧”。太空電梯的夢想最早見諸於書麵是科幻小說家阿瑟·C·克拉克1979年創作的《天堂之泉》,當(dang)然(ran),最(zui)初(chu)公(gong)眾(zhong)的(de)反(fan)應(ying)也(ye)隻(zhi)是(shi)一(yi)笑(xiao)置(zhi)之(zhi),當(dang)年(nian)克(ke)拉(la)克(ke)接(jie)受(shou)采(cai)訪(fang)時(shi)頗(po)為(wei)不(bu)滿(man)地(di)表(biao)示(shi),隻(zhi)有(you)當(dang)大(da)家(jia)不(bu)再(zai)嘲(chao)笑(xiao)時(shi),建(jian)造(zao)太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)才(cai)有(you)現(xian)實(shi)可(ke)能(neng),他(ta)據(ju)此(ci)預(yu)測(ce),大(da)概(gai)要(yao)50nianhoudajiacaihuirenzhenduidaizheyigainian。sanshijinianlai,jianzaotaikongdiantidexiangfayizhipaihuaizaikexuetuilunhekehuanxiaoshuozhijian,buguosinianqiandeyicikexuejiajuhuirangrenleidiyicirenzhendisikaoruhejiangzhegehuanxiangbianchengxianshi。1999年(nian),一(yi)群(qun)來(lai)自(zi)頂(ding)尖(jian)的(de)工(gong)程(cheng)學(xue)院(yuan)和(he)從(cong)事(shi)空(kong)間(jian)研(yan)究(jiu)的(de)公(gong)司(si)的(de)科(ke)學(xue)家(jia)以(yi)及(ji)美(mei)國(guo)宇(yu)航(hang)局(ju)的(de)專(zhuan)家(jia)在(zai)美(mei)國(guo)馬(ma)歇(xie)爾(er)飛(fei)行(xing)中(zhong)心(xin)召(zhao)開(kai)研(yan)討(tao)會(hui),討(tao)論(lun)建(jian)造(zao)太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)將(jiang)會(hui)遇(yu)到(dao)的(de)種(zhong)種(zhong)難(nan)題(ti),而(er)他(ta)們(men)得(de)出(chu)的(de)結(jie)論(lun)是(shi):建造太空電梯在理論上是可行的,人類將會在21世紀的後半葉實現通過電梯向太空中輸送人員和物資的目標,屆時的太空電梯將會象人類現存的公路、鐵路、dianlanheguandaoyiyang,weirenleidakaitongxiangtaikongdefangbianzhimen。zhecihuiyizhihou,congshikongjianyanjiudekexuejiazuchenglesongsandekeyanlianmeng,yutaikongdiantiyouguandeyanjiuxiangmuyexunsuzhankaile。
jinlai,gongchengshimenzhichu,zaicailiaokexuefangmiandejinbuyouqishitannamiguandefazhanyiweizhetaikongdiantizheyangdeshebeikaishihuodeguangfandeguanzhu,tongshijiuyiweizhekelakedexiaoshuobuzaishichuncuidekehuanxiaoshuo。lingwai,meiguoguojiahangkonghehangtianjuyebuzaiduizheyikexuehuanxiangjinxingchaoxiao,tamenmuqianzhengbashubaiwanmeiyuantourudaozheyikaifagongchengshang。
一步登天有理有據
科學家已經從理論上排除建造太空電梯的難題,隻要有合理的結構和合適的材料,人類暢遊太空將更加容易。
太tai空kong電dian梯ti的de核he心xin部bu分fen是shi一yi條tiao距ju離li地di球qiu的de表biao麵mian將jiang近jin十shi萬wan公gong裏li長chang的de纜lan繩sheng。靠kao近jin地di球qiu的de一yi端duan將jiang被bei固gu定ding在zai可ke能neng位wei於yu太tai平ping洋yang中zhong部bu某mou個ge地di方fang的de基ji座zuo上shang,而er另ling一yi端duan將jiang連lian接jie到dao一yi個ge在zai太tai空kong中zhong圍wei繞rao地di球qiu進jin行xing同tong步bu軌gui道dao運yun行xing(與地球的位置保持恒定不變)的(de)小(xiao)行(xing)星(xing)上(shang),而(er)小(xiao)行(xing)星(xing)以(yi)及(ji)纜(lan)繩(sheng)本(ben)身(shen)所(suo)具(ju)備(bei)的(de)動(dong)力(li)將(jiang)能(neng)夠(gou)使(shi)纜(lan)繩(sheng)繃(beng)緊(jin),以(yi)便(bian)電(dian)梯(ti)艙(cang)或(huo)者(zhe)運(yun)輸(shu)車(che)等(deng)運(yun)載(zai)工(gong)具(ju)能(neng)夠(gou)上(shang)下(xia)穿(chuan)梭(suo)。在(zai)纜(lan)繩(sheng)距(ju)離(li)地(di)球(qiu)約(yue)3.6萬公裏的位置,物體就能夠脫離地球的引力,進入到完全失重的環境。其後,物體可以被“彈射”進入太空軌道。
要yao想xiang建jian造zao這zhe種zhong太tai空kong電dian梯ti,就jiu必bi須xu把ba一yi個ge與yu地di球qiu同tong步bu旋xuan轉zhuan的de人ren造zao衛wei星xing放fang置zhi在zai承cheng載zai盤pan成cheng圈quan狀zhuang的de纜lan繩sheng的de軌gui道dao上shang,然ran後hou把ba纜lan繩sheng重zhong的de那na一yi端duan扔reng向xiang地di球qiu,同tong時shi另ling一yi端duan在zai太tai空kong中zhong展zhan開kai。而er電dian梯ti艙cang就jiu能neng夠gou從cong地di麵mian上shang爬pa上shang纜lan繩sheng,把ba人ren造zao衛wei星xing、kongjiantanceqishenzhitaikongguanguangzhecongyiduansongdaolingyiduan。gangkaishiyonglaifasonglanshengderenzaoweixingyinggainenggoutigongzugoudezhangli,yibiandiyipiyunzaigongjukeyishunlidaodataikong。zhexieshengjiangjinenggoujianglvdaiguidaogudingzailanshengdeliangduan,bingqieyikaocongdimianfashedejiguangzhuanhuanchengdediannengzuoweidonglijiayituidong。
關於建造太空電梯在技術上的可行性,美國宇航局負責從事先進太空飛行技術理論研究的科學家史密斯曼說,最大的難題在於:物體要在距離地球3.5萬公裏的位置才能完全擺脫地球的引力作用,因此電梯塔的最低高度也要在3.6萬公裏,這麼大的高度導致電梯塔自身的重量成為巨大的負擔,要想使它穩穩地“站”在地球上,基座的大小就要占據一半的地球表麵,這顯然是不現實的。另外,建造材料的選擇也是個難題:直立鋼結構的高度達到將近5公裏時就會被自身的重量壓垮,鋁最多可以達到15公裏,而目前人類所掌握的最輕的材料環氧碳合物和環氧硼合物所能達到的高度也不過是120公裏左右,即便是人類成功研製出目前所能研製的最先進材料,達到的高度也距離要求甚遠。
從事高強度材料應用研究的科學家都明白一個原則:物質的抗拉伸能力遠大於抗壓能力,人類目前研製出的最能抗拉伸的材料是環氧石墨多晶體,(在懸掛狀態下)它能夠承受自身重量的長度是184公裏,因此,如果太空電梯的結構設計合理,電梯塔自身所受壓力可被轉化為拉力。
美mei國guo宇yu航hang局ju的de蘭lan蒂di斯si曾zeng建jian議yi把ba電dian梯ti塔ta的de結jie構gou設she計ji成cheng重zhong量liang輕qing內nei部bu空kong的de密mi封feng結jie構gou,使shi它ta本ben身shen如ru同tong具ju有you浮fu力li的de氣qi球qiu,這zhe樣yang電dian梯ti塔ta就jiu可ke以yi由you抗kang壓ya結jie構gou轉zhuan化hua為wei抗kang拉la結jie構gou,這zhe種zhong設she計ji可ke以yi使shi它ta的de高gao度du達da到dao3000公gong裏li。不bu過guo這zhe個ge高gao度du距ju離li要yao求qiu依yi然ran很hen遠yuan,而er且qie在zai建jian造zao過guo程cheng中zhong,如ru何he處chu理li結jie構gou與yu結jie構gou之zhi間jian的de連lian接jie是shi個ge大da問wen題ti,因yin此ci,史shi密mi斯si曼man推tui論lun說shuo,將jiang來lai理li想xiang的de結jie構gou應ying該gai是shi高gao塔ta與yu密mi封feng抗kang拉la結jie構gou的de結jie合he體ti。
這(zhe)樣(yang)的(de)結(jie)構(gou)與(yu)科(ke)幻(huan)愛(ai)好(hao)者(zhe)所(suo)幻(huan)想(xiang)的(de)太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)有(you)很(hen)大(da)的(de)不(bu)同(tong),他(ta)們(men)心(xin)目(mu)中(zhong)的(de)太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)就(jiu)是(shi)如(ru)同(tong)前(qian)文(wen)中(zhong)所(suo)描(miao)述(shu)的(de)依(yi)靠(kao)小(xiao)行(xing)星(xing)提(ti)供(gong)平(ping)衡(heng)的(de)纜(lan)繩(sheng),但(dan)是(shi)科(ke)學(xue)家(jia)們(men)計(ji)算(suan)的(de)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming),這(zhe)樣(yang)的(de)結(jie)構(gou)同(tong)樣(yang)遇(yu)到(dao)材(cai)料(liao)選(xuan)擇(ze)的(de)難(nan)題(ti)。纜(lan)繩(sheng)的(de)材(cai)料(liao)要(yao)求(qiu)同(tong)樣(yang)是(shi)既(ji)結(jie)實(shi)又(you)足(zu)夠(gou)輕(qing),此(ci)外(wai)還(hai)要(yao)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)柔(rou)韌(ren)度(du)以(yi)避(bi)開(kai)太(tai)空(kong)垃(la)圾(ji)或(huo)者(zhe)太(tai)空(kong)漂(piao)浮(fu)物(wu)的(de)撞(zhuang)擊(ji),這(zhe)就(jiu)是(shi)碳(tan)納(na)米(mi)管(guan)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)的(de)時(shi)候(hou)了(le)。碳(tan)納(na)米(mi)管(guan)是(shi)一(yi)些(xie)極(ji)其(qi)微(wei)小(xiao)而(er)且(qie)纖(xian)細(xi)的(de)真(zhen)空(kong)管(guan),它(ta)們(men)像(xiang)鑽(zuan)石(shi)一(yi)樣(yang)堅(jian)硬(ying)但(dan)柔(rou)韌(ren)度(du)足(zu)以(yi)使(shi)其(qi)被(bei)製(zhi)成(cheng)纖(xian)維(wei)。在(zai)理(li)論(lun)上(shang),大(da)約(yue)一(yi)米(mi)寬(kuan)的(de)像(xiang)紙(zhi)一(yi)樣(yang)薄(bo)的(de)納(na)米(mi)管(guan)就(jiu)可(ke)以(yi)支(zhi)持(chi)太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)的(de)重(zhong)量(liang)。然(ran)而(er)沒(mei)有(you)一(yi)個(ge)科(ke)學(xue)家(jia)能(neng)成(cheng)功(gong)地(di)製(zhi)造(zao)出(chu)這(zhe)種(zhong)纖(xian)維(wei)。不(bu)過(guo),來(lai)自(zi)肯(ken)塔(ta)基(ji)大(da)學(xue)的(de)納(na)米(mi)管(guan)專(zhuan)家(jia)羅(luo)德(de)尼(ni)·安(an)德(de)魯(lu)指(zhi)出(chu),如(ru)果(guo)有(you)關(guan)如(ru)何(he)連(lian)接(jie)納(na)米(mi)管(guan)和(he)在(zai)他(ta)們(men)之(zhi)間(jian)轉(zhuan)移(yi)或(huo)卸(xie)載(zai)以(yi)形(xing)成(cheng)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)基(ji)礎(chu)科(ke)學(xue)沒(mei)有(you)取(qu)得(de)突(tu)破(po)的(de)話(hua),那(na)麼(me)科(ke)學(xue)家(jia)就(jiu)需(xu)要(yao)尋(xun)找(zhao)新(xin)的(de)合(he)適(shi)的(de)材(cai)料(liao)。另(ling)外(wai),材(cai)料(liao)自(zi)身(shen)抗(kang)拉(la)伸(shen)能(neng)力(li)使(shi)得(de)軌(gui)道(dao)索(suo)連(lian)接(jie)在(zai)地(di)球(qiu)一(yi)端(duan)的(de)粗(cu)細(xi)不(bu)大(da)於(yu)手(shou)指(zhi)頭(tou),而(er)在(zai)脫(tuo)離(li)地(di)球(qiu)引(yin)力(li)的(de)部(bu)分(fen),其(qi)直(zhi)徑(jing)大(da)小(xiao)不(bu)在(zai)是(shi)什(shen)麼(me)問(wen)題(ti),可(ke)以(yi)是(shi)幾(ji)米(mi),也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)幾(ji)公(gong)裏(li)。
史shi密mi斯si曼man在zai總zong結jie這zhe些xie結jie論lun時shi說shuo,隻zhi要yao有you合he適shi的de材cai料liao和he合he理li的de結jie構gou,建jian造zao太tai空kong電dian梯ti並bing非fei遙yao不bu可ke及ji。美mei國guo宇yu航hang局ju從cong事shi這zhe方fang麵mian研yan究jiu的de科ke學xue家jia目mu前qian比bi較jiao傾qing向xiang於yu科ke幻huan愛ai好hao者zhe提ti出chu的de方fang案an,他ta們men希xi望wang軌gui道dao索suo連lian接jie在zai地di球qiu上shang一yi個ge25gongligaodegaotashang,muqianrenleihaiconglaimeiyoujianzaoguozhemegaodejianzhuwu,buguozhexiekexuejiaxiangxinyikaoxianyoudecailiaohegongchengjixienenggouwanchengzheyangdejianzaogongcheng。
在空間旅行即將到站的時候,旅客一定要把自己的身體固定好,否則,空間失重環境很可能把人推向無邊無際的太空中一去不返。(電腦設計圖)
占領太空有利武器
太空電梯將使人類能夠更加方便地開拓太空,而擁有太空電梯的國家則能比競爭對手搶占更大的“空天”優勢。
目前在太空電梯研究方麵比較積極的是美國西雅圖太空電梯係統公司,他們獲得了美國宇航局57wanmeiyuandekeyanzizhu。gaigongsifuzerenriqiantoulushuo,taikongdiantixiangmujinzhanshunli,tamenzhengzaijinxingxiangguandejishuyanfa,muqiandiantimoxingyijingwancheng,chubukaolvtaikongdiantijiangyongshixiazuiliuxingdenamicailiaozhicheng。gongsiyijingchenglileyoukejijiemingliuzuchengdejishuguwentuan,touruyue1300萬美元進行相關問題的研究,研究重點是石墨納米管對太空環境的適應度,尤其是對太空垃圾的承受力,而美國總統布什(專題,圖庫)也在去年批準了一項總額1100萬美元的政府撥款以促進這方麵的研究。
由you於yu該gai公gong司si的de積ji極ji投tou入ru,他ta們men有you望wang在zai明ming年nian底di拿na出chu太tai空kong電dian梯ti的de最zui終zhong設she計ji。公gong司si主zhu管guan愛ai德de華hua博bo士shi對dui公gong司si目mu前qian工gong作zuo的de進jin展zhan表biao示shi滿man意yi,近jin幾ji個ge月yue來lai,該gai公gong司si與yu美mei國guo航hang空kong航hang天tian局ju等deng多duo個ge機ji構gou進jin行xing了le聯lian係xi,並bing得de到dao了le支zhi持chi,同tong時shi該gai公gong司si還hai收shou到dao了le其qi他ta州zhou的de請qing求qiu,他ta們men願yuan意yi提ti供gong誘you人ren條tiao件jian,要yao求qiu把ba太tai空kong電dian梯ti建jian在zai他ta們men那na裏li。歐ou洲zhou一yi些xie國guo家jia,還hai有you加jia拿na大da也ye提ti出chu了le類lei似si要yao求qiu。目mu前qian該gai公gong司si似si乎hu是shi在zai等deng待dai最zui優you惠hui的de條tiao件jian以yi決jue定ding到dao底di把ba太tai空kong電dian梯ti建jian造zao在zai什shen麼me地di方fang,同tong時shi該gai公gong司si甚shen至zhi計ji劃hua,如ru果guo美mei國guo聯lian邦bang政zheng府fu不bu打da算suan提ti供gong任ren何he經jing濟ji支zhi持chi,他ta們men也ye許xu會hui考kao慮lv把ba地di點dian選xuan擇ze在zai國guo外wai的de某mou個ge地di點dian。不bu過guo,從cong科ke學xue的de角jiao度du來lai看kan,太tai空kong電dian梯ti的de基ji座zuo還hai是shi在zai太tai平ping洋yang中zhong的de某mou個ge地di點dian最zui好hao,要yao選xuan在zai距ju離li航hang空kong器qi路lu線xian和he運yun輸shu通tong道dao幾ji百bai裏li遠yuan的de地di方fang,而er且qie要yao位wei於yu一yi個ge暴bao風feng雨yu、閃電和巨浪較少的海域,這對於這樣一個龐然大物的安全運行至關重要。
愛德華說,他完全相信建造太空電梯技術上不成問題;現xian在zai最zui頭tou疼teng的de其qi實shi是shi研yan發fa資zi金jin緊jin缺que。雖sui然ran已yi有you多duo家jia公gong司si及ji私si人ren投tou資zi者zhe向xiang項xiang目mu投tou錢qian,總zong額e有you幾ji百bai萬wan美mei元yuan之zhi多duo,但dan他ta們men接jie觸chu到dao的de多duo數shu人ren認ren為wei太tai空kong電dian梯ti回hui報bao周zhou期qi太tai長chang,不bu值zhi得de投tou資zi。到dao目mu前qian為wei止zhi,公gong司si已yi籌chou集ji到dao約yue4000萬美元資金,其中大部分將用於太空電梯的設計、製造及測試。這相對於項目所需的100億美元,簡直是九牛一毛。
taikongdiantidejianzaojiangshihuojianzuoweirenleiwangfantaikongyudiqiuzhijiandeyunzaigongjubiandebuzaishiyong,danhuojianrengyouqishiyongjiazhi,taikongdiantizhinenggouyonglaigongrenleizuoduantudekongjianlvxing,duiyutansuohuoxinghegengyuandewaitaikonglaishuo,huojiantuijinshebeirengranshibuketidaide。youyutaikongdiantikeyidaguimodeyunsongrenyuanhewuzi,keyichanshengguimoxiaoying,shideba1磅重量的物體送入太空中的成本由原先的10000到40000美遠降低到100美元,這樣將物體送入太空的成本隻是目前各種運載工具開銷的“零頭”,因此,一旦太空電梯問世,屆時太空旅行也許將真正進入大眾時代,而擁有太空電梯的國家則能比競爭對手搶占更大的“空天”優勢。愛德華大膽地預言說,“未來,有可能造出10部這樣的電梯,也有可能造出延伸到月亮和火星的巨型電梯”總之,“造出第一部太空電梯的國家可能在未來100年擁有整個太空。”