河南AG8.COM机电股份公司欢迎您!
 
首页 > 新闻资讯 > 行业资讯行业资讯
“太空电梯”能否送人上宇宙
发布日期: 2016-09-26    浏览次数: 1710    新闻编辑: 

随着天宫二号的一飞冲天,近来一则名为“200年后回望天宫二号”的视频,在网络上流传开来。节目的最后,当太空工作艇对天宫二号进行“考古”发掘后,画面中出现了一个宏伟的空间站,“太空电梯”网络正在快速、有序运转……

“人造天梯”的概念,其实早在1895年就已经诞生。1979年,科幻大师克拉克进一步完善设想:“如果空间的物体能够保持与地面的相对静止,那么为什么不能从这个物体上方下一条缆索,用它把宇宙连接起来?”

国际科学界相信,这种以前只存在于科幻小说中的场景,“在21世纪将成为现实”。如此自信到底基于何种理由?在送人上天的过程中,还有哪些障碍有待破解?

首先面临“选址”问题

一根特制的3.6万千米长缆绳,一端固定在地球赤道或东太平洋的浮动平台上,另一端紧紧抓住半空中的卫星或空间站;一列列形似胶囊的吊厢,载着人和货物沿着缆绳驶向太空……这就是“太空电梯”的工作场景。

科学家推断,“太空电梯”运送一个人和行李的费用,大致相当于目前航天飞机运送费用的0.25%。同时,它可以重复使用,且无需对游客进行太多的专业训练。这将大大节省人类探索太空的成本,让空间站乃至外星球真正成为人类的度假胜地。

“太空电梯”本质是一座永久性的缆绳式建筑,将地面与太空中的某一点连接起来,并允许运输工具沿着这条缆绳行驶。这听起来和我们常见的电梯确实大同小异,但难点首先在于两个点的“选址”问题:一方面,在地球上,需要选择合适的平台建造点。最好位于暴风雨、闪电和巨浪都较少的海域或赤道陆地区域,且应远离飞机航线;另一方面,要保证“太空电梯”相对于地面不发生飘移,另一端则须连上与地球同步运行的航天器或平衡物。

由于引力等因素影响,目前在地球上尝试建造“太空电梯”面临着较大的考验,因此有科学家提出去月球试验的方案――从月球上空处建造垂向月球表面的“太空电梯”。

这是因为,月球的引力只有地球的1/6,并且月亮上基本没有空气,依靠目前科技水平制造出的合成纤维缆绳就足够满足强度要求。另外,月球周围也不存在废弃的火箭推进器、卫星及其他太空垃圾带来的危险,从而使得这一试验得以免除“不测风云”。

缆绳要“结实”不要“太重”

选好了“起点”和“终点”,接下来面临的就是缆绳问题了。

从理论上计算,“太空电梯”缆绳的材料强度,必须达到钢铁的180倍。只有这样,它才算得上足够结实,可以抵御强风冲击、硫酸腐蚀等。研究表明,地球上几百米高的摩天大厦,在风力的作用下会产生幅度10米以上的左右摇摆。对于暴露在太空中的缆绳来说,承受的风力更是成千上万吨。

同时,缆绳也不能“太重太粗”,以免因自重过大而发生断裂。要知道,普通的钢丝就算从9千米的高空中垂下来,也会被自己的重量所拉断。

1991年,制造“天梯”缆绳的材料终于有了突破。它就是碳纳米合成纤维,其密度只有钢的1/6,强度却是钢的100倍。一根缝衣线大小的碳纳米管,可以神奇般地承受一辆汽车的重力。

然而,现在的碳纳米合成纤维仅能做出毫米级的实物,尚无法编织出长长的缆绳。这是因为,碳纳米管“生长”过程中,高温环境会导致催化剂很快失去活性,从而限制碳纳米管的长度。同时,随着催化剂失去活性,碳纳米管的密度也急剧下降。

除了电梯自身的扰动,月球和太阳的引力作用以及太阳风的冲击,还会使缆绳不断摇晃。解决这一困扰,最简单的方法是放慢“天梯”的爬升速度。但这种以稳定代替速度的做法,对于超远距离的航天运输或旅行来说,显然难以接受。

防辐射和动力供应也棘手

电梯舱的防护性能,是另一个较为棘手的问题。地球外层分布着一条强度很高的辐射带。穿越这个区域时,人们容易受到致命的辐射。

为此,有人建议在“太空电梯”外部建造一个防护层。但这会让“太空电梯”变得笨重和复杂,从而难以克服地球引力的影响。

还有人提出,可在“太空电梯”周围构建一层人造磁场,以此来抵御各种危险的射线。但研究显示,此举会严重削弱“太空电梯”的升力,导致能量消耗大幅度增加。

假设这些问题有朝一日都得到解决,那么万事俱备只欠“东风”了。这个“东风”,就是“天梯”的动力供应。

现有的火箭发动机不是太可取,费钱费燃料,控制起来也比较复杂。电能倒是稳定,可电从何来?难道要再建一条太空输电线?太阳能电池板提供的电能,就现有技术来看又不够用。

有科学家想出了一个办法――发展和利用激光技术。在电梯舱底部安装光电池板,从地球平台发射激光,照准光电池板,从而把光能转化为电能。

保养、维修又该怎么办

这样的奇思妙想一旦成真,“太空电梯”就可以送人上天了。可是,新的麻烦又来了――保养、维修怎么办呢?

此时,该轮到科幻小说作者出场了。《完美末日》作者、物理学博士刘洋预测,随着“太空电梯”技术的应用,会产生一个有意思的新兴职业,即“太空电梯”清洁工。

比如,除冰就是一件非常麻烦的事。高空的水蒸气很容易依附于“天梯”缆绳,形成微小的冰块。早期,人们常采用电热法进行除冰。但这种简单粗暴的方法,日积月累会对缆绳本身造成损伤。毕竟,在加热的情况下,碳纳米管中的很多碳原子会产生错位、空缺的情况,从而对材料整体的强度和韧性造成影响。

所以,后来逐渐淘汰了这种方法,而改为化学吸附法、电磁排斥法等非破坏性方法进行除冰作业。这些工作主要由人工智能控制系统来完成,但也需要维护人员定期进行实地检查。

除了不能让水分子吸附之外,清洁工有时候还要负责“驱云散雾”,将靠近“天梯”的云层进行驱离。这既是除水的需要,也是为了减少闪电的威胁。

根据理论模拟的结果,在“太空电梯”近距离发生闪电的概率,大概是每13年一次。看上去概率不大,但若真被闪电击中,“太空电梯”将遭受毁灭性的打击。

再如,对“太空电梯”正常运行危害最大的成分是氧气。一般来说,碳纳米管被氧气分子侵蚀的速度为每个月一微米。有鉴于此,缆绳外部通常要包裹一层抗氧化层。但是,电梯舱依附于缆绳上下运行时,轿厢与缆线的摩擦往往会造成抗氧化层的磨损。此时,清洁工又要化身检修人员,定期检查抗氧化层的磨损情况,并及时予以维修。

此外,随着高度的增加,太空垃圾的分布密度随之上升。“太空电梯”在运营时,最大的威胁来自于直径小于10厘米的小型碎片――它们很难被单独追踪,而且数量庞大。唯一的方法就是,在“天梯”上分布众多的探测装置和推进装置,就近发现这些小碎片,并推动缆绳及时避让。 
上一篇:四川省特检院2016年电梯院企座谈会顺利召开
下一篇:河南省电梯使用管理规范(DB 35/T 1585-2016)
 
河南AG8.COM机电股份公司
联系地址:河南省刺桐西路润华商厦29层
Copyright (c) 2017 河南AG8.COM机电股份公司 豫ICP备12005759号-1