為什么我們可能永遠(yuǎn)都不會(huì)建造太空電梯

隨著人類慢慢進(jìn)入宇宙,我們正在努力克服將地球上的所有東西都納入空間的挑戰(zhàn)。長期來說,火箭是不切實(shí)際的,因?yàn)樗鼈儍r(jià)格昂貴,需要可觀的燃料,而且對環(huán)境也是一種威脅??茖W(xué)家提出,使用太空電梯的想法,我們可以從地球表面進(jìn)入太空。這個(gè)想法倒是讓我們激動(dòng)不已,但是實(shí)施起來就不太可能,為什么呢?

讓我們快速回顧一下,太空電梯將從地球表面到地球同步軌道的22000英里(35,400公里)電纜組成。一旦錨定和平衡,激光供電將上升電纜,使珍貴的貨物進(jìn)入太空。聽起來確實(shí)不錯(cuò),但正如幾位研究人員和專家所說的,有一些潛在的問題需要解決:

問題1:沒有足夠強(qiáng)大的材料

一位研究太空殖民地和相關(guān)空間工程學(xué)科近四十年的技術(shù)專家和工程師說:“目前的材料并沒有足夠大的拉伸強(qiáng)度和足夠低的密度讓我們構(gòu)建電纜。”后來,碳納米管的發(fā)現(xiàn)為太空電梯理念帶來了新的生命,將其從科幻小說轉(zhuǎn)移到高級工程學(xué)研究。碳水化合物比水密度高30%,比鋼強(qiáng)32倍,碳納米管理論斷裂長度超過10000公里。但是,如何用碳納米管制造一條長達(dá)10萬公里的太空電梯?不幸的是,沒有人知道,至少現(xiàn)在還沒有。已經(jīng)構(gòu)建的最長的碳納米管只有幾英寸長。

科學(xué)家們也擔(dān)心電纜暴露在如此巨大的壓力下會(huì)簡單地解壓縮?;谝恍┏醪侥P停道K上的應(yīng)變可能超過100,000kN /(kg / m),因此材料必須具有非常大的拉伸強(qiáng)度和密度比。他認(rèn)為即使使用納米技術(shù),也可能無法建立足夠強(qiáng)大的材料。

問題2:容易受到危險(xiǎn)振動(dòng)的影響

另一個(gè)嚴(yán)重的問題是激進(jìn)的電纜運(yùn)動(dòng)會(huì)引發(fā)振動(dòng)的可能性。捷克科學(xué)院天文研究所的研究人員警告說:“來自月球和太陽的引力以及太陽風(fēng)陣陣的壓力將會(huì)使電纜搖晃。這些不可預(yù)測的和潛在的危險(xiǎn)動(dòng)作可能會(huì)扭轉(zhuǎn)衛(wèi)星交通或空間碎片的束縛”。缺乏彎曲抵抗力對電梯的穩(wěn)定性將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,無論是作為在地球上的初始階段,還是作為“吊索”的運(yùn)行階段。

研究人員也想到了補(bǔ)救措施,把推進(jìn)器附加到電纜上以抵消任何運(yùn)動(dòng),但是如此會(huì)對建造太空電梯構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因?yàn)閽煸陔娎|上的推進(jìn)器將定期維護(hù)加油等等,電纜會(huì)有一個(gè)固有的共振頻率,如果維修人動(dòng)作太大,振動(dòng)能就會(huì)超過公差。那么這將是非常危險(xiǎn)而復(fù)雜的事情。

問題3:維修者會(huì)創(chuàng)造太大的晃動(dòng)

維修者為自己創(chuàng)造了另一個(gè)問題:晃動(dòng)。由于科里奧利力,它會(huì)影響旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的物體——攀登者和電纜本身,他們將被強(qiáng)迫與地球自轉(zhuǎn)的相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。這將使電梯遠(yuǎn)離其垂直靜止位置,使其像鐘擺一樣來回?cái)[動(dòng)。因此,即使最小的偏差也會(huì)導(dǎo)致擺動(dòng),從而導(dǎo)致遠(yuǎn)離目標(biāo)軌道的終點(diǎn)。工程師說這可能會(huì)使物體偏離軌道(太高或太低)多達(dá)十公里。

問題4:衛(wèi)星和太空垃圾

軌道上也有太多危險(xiǎn)的東西需要考慮。即使你解決了這些問題,你仍然需要處理另一個(gè)問題 ——這就是太空垃圾和活動(dòng)中的衛(wèi)星。你必須找到它,并清理它。然后還必須在所有現(xiàn)有的衛(wèi)星中安裝躲避功能,除了地球同步軌道的衛(wèi)星。大多數(shù)衛(wèi)星和垃圾將不定時(shí)的以很快的速度沖擊電纜,雖然躲避衛(wèi)星不是大問題,但是清理太空中6000噸的垃圾卻很棘手。

問題5:社會(huì)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

還有非技術(shù)方面也要考慮。太空電梯很可能成為恐怖襲擊的目標(biāo)。防御措施和全天候監(jiān)視可能需要與每臺(tái)電梯一起運(yùn)行。由于對太空電梯能否修建成功是未知的,環(huán)保人士也可能會(huì)反對建造太空電梯。

這里列出的五個(gè)問題是最嚴(yán)重的,但并不是唯一的。其他問題包括:流星體和微隕石、腐蝕、輻射和產(chǎn)生的電離等等。由此看來,太空電梯至少在現(xiàn)在看來是不切實(shí)際的,希望未來有一天能實(shí)現(xiàn)這個(gè)遠(yuǎn)大的理想。(科技新發(fā)現(xiàn) 康斯坦丁/文)

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2017-07-13
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