遨游宇宙是人类的梦想。
前面山姆教授讲了,我们进入太空用的是化学火箭发射的宇宙飞船,正在试验的有太阳风帆。
但是,要想到太阳系外游览,还需加快飞船速度,目前,核子火箭、光子火箭、电磁火箭、光帆都在试验和设想中。
更离奇的处在幻想阶段的宇宙旅行方式还有量子超距传送。即将人体或物体分解成量子,利用神秘的量子远距效应,把原型量子的性质传送出去,瞬间即可到达目的地,再把这些量子合成人体或物体。
有了梦想,才有实现的可能。1978年,英国著名科幻作家克拉克创作出了包揽星云,雨果两大科幻文学奖项的小说《天堂的喷泉》。他设想在地球赤道上空的一颗地球同步轨道卫星上向下伸展出一个梯子,由于同步卫星在天空中相对地面没有移动,所以人类可以乘坐电梯到达近地宇宙空间做观光旅游。
TU6-15几十年来,太空梯这个概念一直没有多大发展,之所以会这样,并不是因为目前的材料无法承受太空电缆产生的张力。现在的碳纳米管或许可以克服这一问题,但目前的难题是,它们必须比现在的人造产品更长、更纯才行。即使拥有合适的材料,太空梯可能也相当不稳定。月球和太阳的引力托拽,以及太阳风的冲击,都会使电缆不断摇晃,而且有可能会使太空梯撞上附近的人造卫星或者太空垃圾。要想使推进器正常运行,可能电缆需要保持在一条直线上,而且攀爬本身似乎也会引起太空梯发生摇摆。由此看来,科学家还有很多的事情要做。
太空梯通常指的是从地球表面延伸到对地同步轨道的位置,形象的说,就是打造一条永久的“缆绳”。利用“弹弓效应”,太空梯可以帮助完成在太空进行的建造项目,同时也可以用于发射卫星和太空旅行。
根据太空梯的设想,美国“飞向太空基金会”已经有了一个蓝图:将一个细长轻薄的带状提升系统拴在一个类似于船锚的平衡锤上,在地球轨道之外保持相对平衡。这个太空梯位于地球的底座要能够提供20吨的拉力拽住平衡锤。沿着带状提升系统上升的电动提升台被称作攀升者,它的动力来自太阳能板或者地面激光转化的电能。
美国一家公司向修建太空梯这一远大目标迈出了一小步:他们成功地完成了机器爬升器试验。试验使用了一个直径4米的气球,一个小组成员抓紧安全绳以防气球飞走,从气球上悬下来的绳子是用合成玻璃纤维制作,机器人升降机沿着绳子升降。试验那天,气球、合成绳和机器人这个“三合一”系统爬升了305米。
这次试验被认为是为将来利用太空梯在地球与太空之间运送货物所进行的先驱性试验。
太空梯的制造材料是个难点。它必须要异常坚硬又异常轻巧,还要能抵抗任何腐蚀。好在1991年NEC公司的日本科学家饭岛住男发现了现在叫做纳米管的材料。
研究发现碳纳米管有意想不到的性质,它比钢坚硬100倍,重量却只有钢的五分之一。现在碳纳米管已经走出实验室,进入实用阶段。可用它制成合成物,这样至少在理论上已经解决了太空梯的材料问题。不过一位材料工程师认为目前还没有掌握大规模的生产太空梯所需要的合成物质的技术,现在正在进行将这种物质从实验室走向实用的工作。
从理论上讲,太空梯并不神奇。科学家们设想,在地球赤道的海面上建造一个平台,先把一个携带太空梯半成品的飞船或航天飞机发射到和地球同步的静止卫星所在的轨道上,使其和地球同步飞行。把这个半成品的太空梯从飞船上放下来,落到在赤道海面上的平台上。把半成品的太空梯锚定在平台上。接着再用一个由激光束提供能量的爬升器在这个太空梯的半成品上上下移动把其它建造太空梯的缆绳拧在这个太空梯半成品上,进一步建造太空梯,这大约要用两年半的时间。这样,太空梯才最后建成。
由于飞船带动太空梯旋转所产生的离心力刚好抵消了地球的吸引力,太空梯便得到了一个向外的张力,它就从地球到太空竖直起来了。然后,用一个由激光提供能量的爬升器在缆绳上上下移动,运送飞船、建筑材料甚至乘客。
建成后的爬升器就可以沿着太空梯把物资、成吨重的卫星甚至人缓缓运送到离地面36000千米的近地轨道上,时间大约需要七天半左右,回来也大约需要这么长的时间。进一步还可以建造通向月球,甚至火星的行星际太空梯,到那时在太阳系里遨游就不是难事,而且价格低廉。目前估计需要几百美元运送一磅,将来争取实现用很少的美元就可以运送一磅物资。这样就可以解决当前困扰航天飞行的高昂的价格问题。
当然,太空梯要抵御的灾难也不少。闪电和风云雨雪的冲击,穿越电离层的考验,小行星、彗星、流星的奔袭,原子氧和高层大气中的硫酸对缆绳的侵蚀,和卫星、太空碎片的碰撞、碳纳米管对人类健康的影响等等,这些问题都需要研究者加以考虑。
作为全球九个规模最大工程之一,虽说太空梯的建造还有许多难题没解决,但我们相信在不久的未来这一设想或许会成功。