为什么我们可能永远都不会建造太空电梯

2017-07-13 17:32阅读:
​随着人类慢慢进入宇宙,我们正在努力克服将地球上的所有东西都纳入空间的挑战。长期来说,火箭是不切实际的,因为它们价格昂贵,需要可观的燃料,而且对环境也是一种威胁。科学家提出,使用太空电梯的想法,我们可以从地球表面进入太空。这个想法倒是让我们激动不已,但是实施起来就不太可能,为什么呢?
为什么我们可能永远都不会建造太空电梯
​让我们快速回顾一下,太空电梯将从地球表面到地球同步轨道的22000英里(35,400公里)电缆组成。一旦锚定和平衡,激光供电将上升电缆,使珍贵的货物进入太空。听起来确实不错,但正如几位研究人员和专家所说的,有一些潜在的问题需要解决:
问题1:没有足够强大的材料
一位研究太空殖民地和相关空间工程学科近四十年的技术专家和工程师说:“目前的材料并没有足够大的拉伸强度和足够低的密度让我们构建电缆。”后来,碳纳米管的发现为太空电梯理念带来了新的生命,将其从科幻小说转移到高级工程学研究。碳水化合物比水密度高30%,比钢强32倍,碳纳米管理论断裂长度超过10000公里。但是,如何用碳纳米管制造一条长达10万公里的太空电梯?不幸的是,没有人知道,至少现在还没有。已经构建的最长的碳纳米管只有几英寸长。
科学家们也担心电缆暴露在如此巨大的压力下会简单地解压缩。基于一些初步模型,系绳上的应变可能超过100,000kN /(kg / m),因此材料必须具有非常大的拉伸强度和密度比。他认为即使使用纳米技术,也可能无法建立足够强大的材料。
为什么我们可能永远都不会建造太空电梯
问题2:容易受到
危险振动的影响
另一个严重的问题是激进的电缆运动会引发振动的可能性。捷克科学院天文研究所的研究人员警告说:“来自月球和太阳的引力以及太阳风阵阵的压力将会使电缆摇晃。这些不可预测的和潜在的危险动作可能会扭转卫星交通或空间碎片的束缚”。缺乏弯曲抵抗力对电梯的稳定性将产生深远的影响,无论是作为在地球上的初始阶段,还是作为“吊索”的运行阶段。
研究人员也想到了补救措施,把推进器附加到电缆上以抵消任何运动,但是如此会对建造太空电梯构成严重挑战。因为挂在电缆上的推进器将定期维护加油等等,电缆会有一个固有的共振频率,如果维修人动作太大,振动能就会超过公差。那么这将是非常危险而复杂的事情。
为什么我们可能永远都不会建造太空电梯
问题3:维修者会创造太大的晃动
维修者为自己创造了另一个问题:晃动。由于科里奥利力,它会影响旋转系统中的物体——攀登者和电缆本身,他们将被强迫与地球自转的相反方向上转动。这将使电梯远离其垂直静止位置,使其像钟摆一样来回摆动。因此,即使最小的偏差也会导致摆动,从而导致远离目标轨道的终点。工程师说这可能会使物体偏离轨道(太高或太低)多达十公里。
问题4:卫星和太空垃圾
轨道上也有太多危险的东西需要考虑。即使你解决了这些问题,你仍然需要处理另一个问题 ——这就是太空垃圾和活动中的卫星。你必须找到它,并清理它。然后还必须在所有现有的卫星中安装躲避功能,除了地球同步轨道的卫星。大多数卫星和垃圾将不定时的以很快的速度冲击电缆,虽然躲避卫星不是大问题,但是清理太空中6000吨的垃圾却很棘手。
为什么我们可能永远都不会建造太空电梯
​问题5:社会与环境风险
还有非技术方面也要考虑。太空电梯很可能成为恐怖袭击的目标。防御措施和全天候监视可能需要与每台电梯一起运行。由于对太空电梯能否修建成功是未知的,环保人士也可能会反对建造太空电梯。
这里列出的五个问题是最严重的,但并不是唯一的。其他问题包括:流星体和微陨石、腐蚀、辐射和产生的电离等等。由此看来,太空电梯至少在现在看来是不切实际的,希望未来有一天能实现这个远大的理想。(科技新发现 康斯坦丁/文)
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