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太空电梯:如何工作?

通过安迪·达恩利

太空电梯的概念可能看起来像是来自科幻小说的情节。然而,数百年来,科学家们一直在考虑如何将这一概念变为现实。1895年,一位名叫康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基的俄罗斯科学家研究了埃菲尔铁塔,并有了一些新的想法。这座巴黎建筑让他产生了从地面延伸到太空的想法。齐奥尔科夫斯基的想法有些部分是初步的,但其基本概念一直在启发着科学家。

在过去的100年里,关于电梯缆绳所需的材料和使用配重来帮助处理重力和离心力的建议出现了新的想法。1979年,阿瑟·c·克拉克(Arthur C. Clarke)写了这本书天堂的喷泉这部小说记录了在山顶上建造太空电梯的过程。克拉克小说之后的其他作品也在情节中加入了太空电梯。随着20世纪90年代强碳纳米管的发明,科学家们开始怀疑太空电梯是否真的可能实现。

为了促进太空电梯的发展和设计,已经举行了一些竞赛。一家名为LiftPort Group的公司甚至正式宣布,计划开始制造开发太空电梯所需的材料。不幸的是,这家公司后来倒闭了。

为什么科学家想要建造太空电梯?

探索太空对科学家有很强的吸引力。然而,许多限制使太空探索具有挑战性。通过火箭将宇航员送入太空非常昂贵。火箭本身对环境也不友好。火箭的碳排放已经被标记为对气候变化有潜在影响。相比之下,太空电梯可以将人和物品送入太空,成本更低,更安全,对环境的负面影响更小。

它将如何运作?

太空电梯将包括一个固定在地面上的缆绳,并延伸到太空中。在电梯的顶部,有一个平衡物用来保持缆绳的紧绷。由于地球自转缓慢,离心力实际上负责将系绳固定在太空中。离心力将有助于保持系绳对齐和拉伸在一个紧绷的位置。然而,系绳在地面上的位置将是一个重要的因素,因为离心力的强度取决于与地球的位置。汽车或攀登者将连接到系绳上,动力将推动它们上下移动。

设计一种为登山者提供动力的方法一直是一个挑战,因为大多数动力来源会给汽车增加太多重量。为登山者提供动力的一种可能的技术是从地面发射一束光,这束光可以转化为电能。登山者移动的速度比火箭还慢。然而,这种运输方式的好处是,它将更平稳,没有强烈的重力和炸药推动登山者进入太空。

这能做到吗?

虽然许多科学家对太空电梯的可能性感到兴奋,但也有人对这一项目的成功持悲观态度。电缆的长度是这个项目的一大挑战。科学家估计,这条电缆需要大约22000英里长,才能延伸到地球同步轨道。延伸到地球同步轨道将是必要的,以确保配重匹配地球的转速。电缆的强度是另一个持续困扰科学家的问题。使用碳纳米管听起来似乎是合理的,但科学家们还没有弄清楚如何在碳纳米管之外建造所需长度的结构。

另一个担忧是太阳风可能产生的不可预测的振动。这些阵风可能会使太空电梯不稳定和危险。目前的技术还没有使科学家能够解决这些潜在的严重问题。然而,随着新技术的不断研究和发展,太空电梯在未来可能成为可能。