http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 06:21:14 《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)
zicongqiansulianyuhangyuanjiajialindiyiciaoyoutaikongkaiqiletaikongshidaiyilai,naxiexiangwanggengguangkuodeyuzhoukongjiandekexuejiamenjiuwushiwukebuzaimengxiangzhechuangzaogengjiabianjiedefangshi,rangrenleinenggoufangbiandiwanglaiyudiqiuhetaikongzhijian。muqian,chuantongdeyikaohuojianfashehehangtianfeijiwangfantaikongdefangshiyouyuqijudadechengbenshirenleibunenggoudaguimodiduikongjianjinxingkaifa,erqieyezhinengshijishaoshuderennenggoudaotaikongzoushangyizao,danshizhezhongzhuangkuangjiangzaibenshijineidedaogaiguan。
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yao50年nian後hou大da家jia才cai會hui認ren真zhen對dui待dai這zhe一yi概gai念nian。三san十shi幾ji年nian來lai,建jian造zao太tai空kong電dian梯ti的de想xiang法fa一yi直zhi徘pai徊huai在zai科ke學xue推tui論lun和he科ke幻huan小xiao說shuo之zhi間jian,不bu過guo四si年nian前qian的de一yi次ci科ke學xue家jia聚ju會hui讓rang人ren類lei第di一yi次ci認ren真zhen地di思si考kao如ru何he將jiang這zhe個ge幻huan想xiang變bian成cheng現xian實shi。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、電dian纜lan和he管guan道dao一yi樣yang,為wei人ren類lei打da開kai通tong向xiang太tai空kong的de方fang便bian之zhi門men。這zhe次ci會hui議yi之zhi後hou,從cong事shi空kong間jian研yan究jiu的de科ke學xue家jia組zu成cheng了le鬆song散san的de科ke研yan聯lian盟meng,與yu太tai空kong電dian梯ti有you關guan的de研yan究jiu項xiang目mu也ye迅xun速su展zhan開kai了le。
近(jin)來(lai),工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)指(zhi)出(chu),在(zai)材(cai)料(liao)科(ke)學(xue)方(fang)麵(mian)的(de)進(jin)步(bu)尤(you)其(qi)是(shi)碳(tan)納(na)米(mi)管(guan)的(de)發(fa)展(zhan)意(yi)味(wei)著(zhe)太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)這(zhe)樣(yang)的(de)設(she)備(bei)開(kai)始(shi)獲(huo)得(de)廣(guang)泛(fan)的(de)關(guan)注(zhu),同(tong)時(shi)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)克(ke)拉(la)克(ke)的(de)小(xiao)說(shuo)不(bu)再(zai)是(shi)純(chun)粹(cui)的(de)科(ke)幻(huan)小(xiao)說(shuo)。另(ling)外(wai),美(mei)國(guo)國(guo)家(jia)航(hang)空(kong)和(he)航(hang)天(tian)局(ju)也(ye)不(bu)再(zai)對(dui)這(zhe)一(yi)科(ke)學(xue)幻(huan)想(xiang)進(jin)行(xing)嘲(chao)笑(xiao),他(ta)們(men)目(mu)前(qian)正(zheng)把(ba)數(shu)百(bai)萬(wan)美(mei)元(yuan)投(tou)入(ru)到(dao)這(zhe)一(yi)開(kai)發(fa)工(gong)程(cheng)上(shang)。
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)dexiaoxingxingshang,erxiaoxingxingyijilanshengbenshensuojubeidedonglijiangnenggoushilanshengbengjin,yibiandianticanghuozheyunshuchedengyunzaigongjunenggoushangxiachuansuo。zailanshengjulidiqiuyue3.6萬公裏的位置,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。
yaoxiangjianzaozhezhongtaikongdianti,jiubixubayigeyudiqiutongbuxuanzhuanderenzaoweixingfangzhizaichengzaipanchengquanzhuangdelanshengdeguidaoshang,ranhoubalanshengzhongdenayiduanrengxiangdiqiu,tongshilingyiduanzaitaikongzhongzhankai。erdianticangjiunenggoucongdimianshangpashanglansheng,barenzaoweixing、空kong間jian探tan測ce器qi甚shen至zhi太tai空kong觀guan光guang者zhe從cong一yi端duan送song到dao另ling一yi端duan。剛gang開kai始shi用yong來lai發fa送song纜lan繩sheng的de人ren造zao衛wei星xing應ying該gai能neng夠gou提ti供gong足zu夠gou的de張zhang力li,以yi便bian第di一yi批pi運yun載zai工gong具ju可ke以yi順shun利li到dao達da太tai空kong。這zhe些xie升sheng降jiang機ji能neng夠gou將jiang履lv帶dai軌gui道dao固gu定ding在zai纜lan繩sheng的de兩liang端duan,並bing且qie依yi靠kao從cong地di麵mian發fa射she的de激ji光guang轉zhuan換huan成cheng的de電dian能neng作zuo為wei動dong力li加jia以yi推tui動dong。
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。
meiguoyuhangjudelandisizengjianyibadiantitadejiegoushejichengzhongliangqingneibukongdemifengjiegou,shitabenshenrutongjuyoufulideqiqiu,zheyangdiantitajiukeyiyoukangyajiegouzhuanhuaweikanglajiegou,zhezhongshejikeyishitadegaodudadao3000gongli。buguozhegegaodujuliyaoqiuyiranhenyuan,erqiezaijianzaoguochengzhong,ruhechulijiegouyujiegouzhijiandelianjieshigedawenti,yinci,shimisimantuilunshuo,jianglailixiangdejiegouyinggaishigaotayumifengkanglajiegoudejieheti。
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)·andeluzhichu,ruguoyouguanruhelianjienamiguanhezaitamenzhijianzhuanyihuoxiezaiyixingchengfuhecailiaodejichukexuemeiyouqudetupodehua,namekexuejiajiuxuyaoxunzhaoxindeheshidecailiao。lingwai,cailiaozishenkanglashennenglishideguidaosuolianjiezaidiqiuyiduandecuxibudayushouzhitou,erzaituolidiqiuyinlidebufen,qizhijingdaxiaobuzaishishenmewenti,keyishijimi,yekeyishijigongli。
shimisimanzaizongjiezhexiejielunshishuo,zhiyaoyouheshidecailiaohehelidejiegou,jianzaotaikongdiantibingfeiyaobukeji。meiguoyuhangjucongshizhefangmianyanjiudekexuejiamuqianbijiaoqingxiangyukehuanaihaozhetichudefangan,tamenxiwangguidaosuolianjiezaidiqiushangyige25gongligaodegaotashang,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57萬wan美mei元yuan的de科ke研yan資zi助zhu。該gai公gong司si負fu責ze人ren日ri前qian透tou露lu說shuo,太tai空kong電dian梯ti項xiang目mu進jin展zhan順shun利li,他ta們men正zheng在zai進jin行xing相xiang關guan的de技ji術shu研yan發fa,目mu前qian電dian梯ti模mo型xing已yi經jing完wan成cheng,初chu步bu考kao慮lv太tai空kong電dian梯ti將jiang用yong時shi下xia最zui流liu行xing的de納na米mi材cai料liao製zhi成cheng。公gong司si已yi經jing成cheng立li了le由you科ke技ji界jie名ming流liu組zu成cheng的de技ji術shu顧gu問wen團tuan,投tou入ru約yue1300萬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;xianzaizuitoutengdeqishishiyanfazijinjinque。suiranyiyouduojiagongsijisirentouzizhexiangxiangmutouqian,zongeyoujibaiwanmeiyuanzhiduo,dantamenjiechudaodeduoshurenrenweitaikongdiantihuibaozhouqitaichang,buzhidetouzi。daomuqianweizhi,gongsiyichoujidaoyue4000萬美元資金,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。”