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热点网     发布时间:2018-09-12   
说实话,用火箭向太空发射是一种非常低效的做事方式。火箭不仅建造起来昂贵,而且还需要大量燃料才能达到逃生速度。由于可重复使用的火箭和太空飞机等概念,单个发射的成本正在降低,而更长久的解决方案可能是建造太空电梯。 虽然这样的大型工程项目现在根本不可行,但世界上有许多科学家和公司致力于在我们的生命周期中使太空电梯成为现实。例如,来自静冈大学工程学院的日本工程师团队最近创建了一个太空电梯的比例模型,他们将在9月11日进入太空。 太空电梯的概念非常简单。基本上,它要求在地球同步轨道(GSO)中建造一个空间站,该空间站通过拉伸结构与地球连接。配重将连接到站的另一端以保持系绳笔直,而地球的旋转速度确保它保持在同一点上。宇航员和机组人员会在汽车的绳索上上下移动,这样就不需要完全发射火箭。 为了建立它们的比例模型,静冈大学的工程师们创造了两个超小型立方体,每个立方体在一侧测量10厘米(3.9英寸)。它们通过大约10米长(32.8英尺)的钢缆连接,容器的作用就像空间电梯使用马达沿着电缆移动,安装在每个卫星上的摄像机监控容器的进度。 这些微型卫星计划于9月11日发射到国际空间站(ISS),然后为了测试而部署到太空。与其他卫星一起,该实验将由H-IIB 7号运载器进行,它将从鹿儿岛县的谷岛航天中心发射。虽然以前也做过类似的电缆在空间中延伸的实验,但这将是第一个物体沿着两颗卫星之间的电缆移动的测试。 据法新社援引静冈大学发言人的话说:“这将是世界上第一个测试太空电梯运动的实验。” 从理论上说,空间电梯是非常合理的。太空旅行可能成为未来流行的东西,“静冈大学的工程师Yoji Ishikawa补充说。 如果实验证明是成功的,这将有助于为实际空间电梯奠定基础。当然,在建造太空升降机之前,还有许多重大的挑战需要解决。其中最重要的是用于构建绳索的材料,它必须既轻巧(以便不崩溃),又具有难以置信的抗拉强度,以抵抗由作用于电梯配重的离心力引起的张力。 艺术家对NASA工程师团队创造的一系列碳纳米管的印象。图片来源:NASA 最重要的是,系绳还必须承受地球,太阳和月球的重力,更不用说地球大气条件引起的应力。这一挑战在20世纪被认为是不可逾越的,当时这个概念被像Arthur C. Clarke这样的作家。然而,到了世纪之交,由于碳纳米管的发明,科学家们开始重新考虑这个想法。 然而,制造达到GSO工作站所需规模的纳米管仍远远超出我们目前的能力。此外,国家空间学会(NSS)的技术专家,工程师和联合创始人基思亨森认为,碳纳米管根本没有必要的强度来承受所涉及的各种应力。对此,工程师提出使用其他材料,如金刚石纳米丝,但是所需尺度的这种材料的生产也超出了我们目前的能力。 还有其他挑战,包括如何避免空间碎片和陨石与太空电梯碰撞,如何将电力从地球传输到太空,以及确保系绳抵抗高能宇宙射线。但是,如果可以建造太空电梯,它将获得巨大的回报,其中最重要的是能够以更少的资金将船员和货物运送到太空。 2000年,在开发可重复使用的火箭之前,使用常规火箭将有效载荷放入地球静止轨道的费用约为每公斤25,000美元(每磅11,000美元)。但是,根据Spaceward基金会编制的估计数据,有效载荷可能会以每公斤220美元(每磅100美元)的价格转移到GSO。 此外,电梯可用于部署下一代卫星,例如基于太空的太阳能阵列。与基于地面的太阳能电池阵列不同,这些阵列受到日/夜循环和不断变化的天气条件的影响,这些阵列将能够一年365天,每周7天,每天24小时收集电力。然后可以使用微波发射器将卫星从卫星发射到地面上的接收站。 太空飞船也可以在轨道上组装,这是另一项削减成本的措施。目前,航天器需要在地球上完全组装并发射到太空,或者将单个部件发射到轨道然后在太空中组装。无论哪种方式,它都是一个昂贵的过程,需要大量的发射器和大量的燃料。但是使用太空电梯,可以将部件提升到轨道,但成本只是其中的一小部分。更好的是,自主工厂可以放置在轨道上,既可以建造必要的部件,也可以组装航天器。 难怪为什么多家公司和组织希望找到克服结构所带来的技术和工程挑战的方法。一方面,您拥有国际空间电梯(ISEC),该是国家空间学会的附属机构,成立于2008年,旨在促进太空电梯的开发,建设和运营。 然后是Obayashi公司,它与静冈大学合作在2050年之前建造一个太空电梯。根据他们的计划,电梯的电缆将由96,000公里(59,650英里)的碳纳米管电缆组成,能够承载100 - 登山者。它还包括一个400米(1312英尺)直径的浮动地球港口和一个12,500吨(13,780美吨)的配重。 正如日本大学理工学院的 Yoshio Aoki教授(负责监督Obayashi Corp.的太空电梯项目)所说:“[太空电梯]对于工业,教育机构和政府携手合作进行技术开发至关重要“。 当然,建造太空电梯的成本将是巨大的,并且可能需要协调一致的国际和多代努力。仍然存在重大挑战,需要大量技术发展。但是,对于这种一次性支出(加上维护费用),人类在可预见的将来可以不受限制地进入太空,并且成本大大降低。 如果这个实验证明是成功的,它将提供有朝一日可以创建太空电梯的基本数据。 科技巴巴翻译