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日本測試“太空電梯”2050年或建成 太空旅行有多遠?
日本測試“太空電梯” 太空旅行有多遠?
2050年或?qū)⒔ǔ商针娞荩蓪⒊丝蛶У?.6萬千米高空旅行
新京報訊 搭乘電梯直通太空,聽起來像是科幻小說的情節(jié),但是日本科學(xué)家正努力將此變?yōu)楝F(xiàn)實。本月日本將進行迷你版太空電梯實驗,這將是世界首個測試電梯在太空中運動的實驗。日本科研團隊的目標是2050年建成太空電梯,屆時將乘客帶到3.6萬千米的高空旅行。
用碳納米管制作纜繩連接地面和太空
據(jù)日媒《每日新聞》報道,日本靜岡大學(xué)工學(xué)部的科研團隊與日本建設(shè)公司大林組合作開發(fā)了迷你版太空電梯,將視天氣情況在本月進行實驗。負責(zé)研發(fā)的日本靜岡大學(xué)教授能見公博表示,實驗將用一段10米長的鋼制纜繩,連接2顆邊長為10厘米的小型立方體衛(wèi)星。這2顆衛(wèi)星將搭乘H2B火箭7號機從鹿兒島縣種子島宇宙中心前往國際空間站。在纜繩上,研究人員將嘗試利用電機驅(qū)動一個模擬電梯升降艙的盒子,使其在纜繩上來回移動。安裝在衛(wèi)星上的照相機將會記錄,盒子如何在實際的宇宙空間中移動,以此測試太空電梯模型的可行性。靜岡大學(xué)的研發(fā)團隊表示,雖然是迷你版太空電梯實驗,但如果能夠在宇宙空間確認運行情況,將會成為實現(xiàn)構(gòu)想的第一步。
參與太空電梯實驗的日本建設(shè)公司大林組還在單獨推進研發(fā)工作。據(jù)大林組公司網(wǎng)站介紹,他們構(gòu)想用碳納米管制作纜繩,6組升降電梯依靠電動機在其上運行,升降艙將建成直徑為7.2米的雞蛋狀,可承載30人。電梯從地面出發(fā),預(yù)計8天到達空間站。該公司評估這一套太空電梯系統(tǒng)大約需要20年的建造時間,耗價約10萬億日元。大林組的太空電梯研發(fā)組負責(zé)人石川洋二接受《朝日新聞》采訪時表示:“太空電梯從理論上來說可以實現(xiàn)。未來,太空旅行將盛行?!?/p>
太空電梯將大大節(jié)約太空運輸成本
太空電梯的想法最早由俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基于1895年提出,他提議在地球靜止軌道上建設(shè)一個太空城堡,用一根纜繩將地面與城堡相連,以此實現(xiàn)太空運輸。1979年英國作家阿瑟·克拉克將這個概念寫入了科幻小說《天堂的噴泉》,引起了公眾的廣泛關(guān)注。在科幻作家劉慈欣的作品《三體》中,也有關(guān)于太空電梯的描述。其實太空電梯的基本原理就是,用一條長纜繩,其一端固定在地球上,另一端固定在地球靜止軌道(距離地面約3.6萬千米)上運行的航天器或者空間站上,在引力和向心加速度的相互作用下,纜繩會繃緊,一個類似于電梯的升降艙在纜繩兩端上下運動。
本世紀初,隨著新材料的不斷出現(xiàn),太空電梯的構(gòu)想不再那么遙不可及,來自美國、日本、俄羅斯等各國的科學(xué)家紛紛開始探索,因為一旦建成將大大節(jié)約太空運輸成本。日本是最積極的國家之一,10年前就集結(jié)了各路專家組成“日本太空電梯協(xié)會”,對此展開研究。2013年,日本教授青木義男試制的“登山者”電梯在富士山山麓進行實驗,電梯成功升到了地上1200米的高度。但由于日本法律的限制,不可進行更高海拔高度的測試。日本太空電梯協(xié)會會長大野修一認為,太空電梯將是人類探索太空資源的必要工具。
釋疑1
太空電梯比火箭有何優(yōu)勢?
人類現(xiàn)在進入外太空只能依靠火箭運輸,不僅運輸成本高昂,而且會對地球環(huán)境造成影響。據(jù)彭博社,目前的國際商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射中,每千克荷載的運輸成本約2.5萬-4萬美元之間。日本建設(shè)公司大林組預(yù)估,太空電梯建成后,每千克荷載的運輸成本約為200美元。
中國航天科工集團第二研究院研究員、國際宇航聯(lián)空間運輸委員會秘書長楊宇光說,如果太空電梯建造成功,意義絕對不局限于太空觀光旅游。首先,人類現(xiàn)在進入太空最大的障礙就是成本過高,太空電梯能近乎百倍地降低費用。這樣的話,人類可以把大量的物資運入太空。其次,太空電梯更加安全?;鸺仨氁詷O高的速度進入太空,面對的環(huán)境極其惡劣,而且對宇航員來說也非常危險。如果搭乘太空電梯,可以非常平穩(wěn)地進入太空。
釋疑2
建造太空電梯有何難點?
太空電梯概念提出已有100多年,至今仍未實現(xiàn),這個項目在實際操作中究竟存在多大的困難?據(jù)世界科技研究新聞資訊網(wǎng)(PHYS.org),太空電梯的重要組成部分是纜繩,而纜繩的材質(zhì)問題是建造過程中首先遇到的障礙。雖然碳納米管的誕生帶給科學(xué)家很大的希望,它的強度是鋼鐵的20多倍,但是目前制作碳納米管的技術(shù)還比較差。
天體物理學(xué)博士、科普作家孫正凡表示,建造太空電梯在材料、動力、維護、成本等方面都存在困難。我們現(xiàn)在對材料有各種設(shè)想,包括碳納米管,但是如何把這些材料打造成符合太空電梯長度、強度、重量比要求的纜繩,還是個未知數(shù)。日本進行迷你版太空電梯實驗,可以通過檢驗這個模型來考察理論與實際存在多大的差距。短期內(nèi)還無法實現(xiàn)構(gòu)想,但是科學(xué)技術(shù)的突破是無法預(yù)見的,必須一步一步地進行可行性實驗。
楊宇光表示,除了材料之外,太空電梯建造過程中還需要考慮如何躲避太空碎片的問題,以及可能會有其他衛(wèi)星撞上來,最終可能會發(fā)生電梯被撞斷裂的情況。另外,地球的轉(zhuǎn)動并不是完全規(guī)則的,因此太空電梯隨之運轉(zhuǎn)的過程中可能遇到各種問題。
釋疑3
實現(xiàn)太空電梯還要多久?
日本科研團隊進行太空電梯的實驗備受矚目,很多人甚至開始幻想乘坐電梯進行太空觀光的場景。不過,以目前的進展,太空電梯究竟什么時候可以實現(xiàn)?
楊宇光表示,日本科學(xué)家目前所做的實驗只能說是和太空電梯的相關(guān)技術(shù)沾邊,距離真正實現(xiàn)還很遙遠。因為人類目前還沒有找到在工程上可行的方案。如果未來某一天有革命性技術(shù)出現(xiàn),開發(fā)出了新的材料,它的強度比碳納米管還要高上萬倍,那么建造太空電梯就比較容易了,但是現(xiàn)在無法預(yù)見。也有人提出在其他星球建造太空電梯,這也是有可能的,但是現(xiàn)在所有的研究都是一種概念研究,完全貼近工程的研究還沒有。
楊宇光指出,即使無法實現(xiàn)3.6萬千米的太空電梯,如果能夠在地面建造一座一二百公里高的高塔,也是非常有意義的。因為從地面運送物體去太空需要穿過大氣層,這個過程復(fù)雜且代價高昂,如果火箭不從地面起飛,而是通過高塔上升到百公里的高度起飛,不僅節(jié)省燃料,而且起飛的環(huán)境也改善了,那樣就變成了真空環(huán)境。建造這樣一座高塔相比于太空電梯來說更容易,但是目前還實現(xiàn)不了。
本版采寫/新京報記者 陳沁涵
編輯:曾珂
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