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震驚:《三體》構(gòu)想成真,搭電梯去太空或從科幻變現(xiàn)實(shí)

 

  “女士們,先生們,歡迎大家搭乘太空電梯。我們第一站將抵達(dá)月球平臺,整個行程需要5小時,請大家在享受整個旅程之前系好安全帶并坐好。太空電梯上升的過程中,大家可以欣賞玻璃窗外的景色,比如地球的球面變化以及天空將從深藍(lán)色變成黑色,這應(yīng)該是你看到的最為激動人心的景觀之一……”

  這聽起來像科幻小說里的一個章節(jié),但它或許某天將成為現(xiàn)實(shí),因?yàn)楝F(xiàn)在科學(xué)家們正在考慮下一個遙遠(yuǎn)的太空運(yùn)輸系統(tǒng)——太空電梯。

  太空電梯,100多年前就被提出

  在《圣經(jīng)·創(chuàng)世紀(jì)》中有這樣一則故事——地面與天空用“天梯”連接,人可以通過“天梯”往返天地之間。雅各布做夢沿著登天的梯子取得了“圣火”。后人便把這夢想中的梯子,稱之為雅各布天梯。

  而太空電梯的概念最早在1895年提出。當(dāng)時,俄羅斯火箭專家齊奧爾科夫斯基從巴黎的埃菲爾鐵塔得到靈感,大膽提議從地球的表面到其靜止的軌道高度建一個“獨(dú)立的塔樓”,并通過一條纜繩和一個電梯艙,將“塔樓”與地面連接起來,這樣太空飛船就可以不通過火箭發(fā)射進(jìn)入軌道。不過,當(dāng)時看起來簡直是天方夜譚,甚至有人嘲諷他不如“改行去寫科幻小說”。

  不過自從太空電梯的概念被提出后,確實(shí)也成為了科幻小說中常見的創(chuàng)作元素。1978年,被譽(yù)為現(xiàn)代科幻三巨頭之一的阿瑟·克拉克,就曾將這一設(shè)想寫進(jìn)了他的科幻巨著《天堂之泉》(Fountains of Paradise)。這部小說描繪了在一座熱帶島嶼上,人們可以通過落在赤道上的一座天梯前往太空觀光或運(yùn)送貨物。

  2015年世界科幻小說最高獎“雨果獎”的獲得者劉慈欣,在其科幻著作《三體》中,也多次提及太空電梯。其中有這樣一段描述:

  “所有的太空電梯都只鋪設(shè)了一條初級導(dǎo)軌,與設(shè)計(jì)中的四條導(dǎo)軌相比,運(yùn)載能力小許多,但與化學(xué)火箭時代已不可同日而語,如果不考慮天梯的建造費(fèi)用,現(xiàn)在進(jìn)入太空的成本已經(jīng)大大低于民航飛機(jī)了?!?/p>

  不光在文學(xué)界,在現(xiàn)實(shí)社會中太空電梯也激發(fā)了科研人員的興趣。特別是隨著人類探索太空步伐的加快,科學(xué)家逐漸沉下心來思索,能否將太空電梯變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?

  “我喜歡這個異想天開的創(chuàng)意,”倫敦大學(xué)學(xué)院高度、空間和極端環(huán)境醫(yī)學(xué)中心創(chuàng)始人凱文·方在接受BBC新聞的采訪時說:“我能理解人們?yōu)槭裁幢惶针娞莸母拍钗绻覀兡芤粤畠r(jià)和安全的方式進(jìn)入太空,整個太陽系就會成為我們的囊中之物?!?/p>

  找到制造材料是最大挑戰(zhàn)之一

  太空電梯之所以能點(diǎn)燃各國的研究熱情,成本方面是主因。據(jù)國際宇航科學(xué)院(IAA)報(bào)告統(tǒng)計(jì):一旦太空電梯建立,攜帶負(fù)載進(jìn)入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元,這省下的可是一筆天文數(shù)字。

  為此,目前日本、美國、加拿大等國已有數(shù)個太空電梯項(xiàng)目在加快步伐執(zhí)行。

  △加拿大公司Thoth設(shè)計(jì)的充氣太空電梯

  那么在現(xiàn)實(shí)中要建造太空電梯,挑戰(zhàn)在哪里呢?

  根據(jù)科學(xué)家們的設(shè)想,太空電梯其主體由5部分構(gòu)成:地面基座、纜繩、電梯艙、太空站和重量平衡器。

  其運(yùn)作模式大致如下:從距離地面3.6萬公里的地球同步衛(wèi)星上“拋”下一根纜繩下垂至地面基站,在引力和向心加速度的相互作用下,纜繩被繃緊;電梯艙則沿著纜繩往來運(yùn)輸人和物;此外,為保持平衡,在太空站遠(yuǎn)離地球的另一側(cè)也要架設(shè)數(shù)萬公里的纜繩索道,并在纜繩末端連接一個重量平衡器。整條纜繩全長約為10萬公里,相當(dāng)于地球到月球距離的約1/4。

  從哥特式大教堂到摩天樓再到太空電梯,在建造任何高層建筑時,堅(jiān)固度和平衡重心都是兩大關(guān)鍵。不過直到現(xiàn)在,可用于制造太空電梯所需繩索的材料仍屈指可數(shù)。

  2014年,Google X的快速評估研發(fā)團(tuán)隊(duì)也開始太空電梯的設(shè)計(jì),但最終發(fā)現(xiàn)沒有人制造出超過一米的完美的碳納米管鏈。因此他們決定把這個項(xiàng)目“深度凍結(jié)”。

  由此來看,建造太空電梯最大的挑戰(zhàn)之一,在于找到制造電梯纜繩的材料。一根普通的鋼絲從9公里的高空中垂下來會被自重所拉斷。好在碳納米管的發(fā)現(xiàn),讓人們又重新燃起了希望。細(xì)小且強(qiáng)度可與金剛石媲美的碳納米管,居然柔韌性極佳,并且可制成纖維。據(jù)測算,一根寬1米、薄如紙的納米管纜帶,就能支撐13噸的重量。

  2014年9月,美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的化學(xué)教授約翰·巴丁在《自然材料》上發(fā)表文章稱:他們研發(fā)出超細(xì)、超堅(jiān)固的納米線,比之前發(fā)現(xiàn)的碳納米管更堅(jiān)固和牢靠?!拔覀兊募{米線就像是一個由尺寸最小的鉆石串成的微型項(xiàng)鏈,其中一個最瘋狂的夢想就是用于制造超級堅(jiān)固的輕型繩索,讓打造太空電梯的夢想成為現(xiàn)實(shí)。”巴丁說。

  當(dāng)前,太空電梯不再被認(rèn)為是一個“超前命題”,這個項(xiàng)目逐漸被美國NASA,歐洲航天局(ESA)等研究機(jī)構(gòu)所接受。而且隨著新材料科學(xué)的發(fā)展,太空電梯開始從幻想走進(jìn)現(xiàn)實(shí),不再是那么遙不可及。

  也許一旦太空電梯運(yùn)用后,太空旅行將成為我們?nèi)粘I畹囊徊糠?,就像石器的發(fā)展打開了人類祖先廣闊的新棲息地,并改變?nèi)祟惿罘绞?,未來的太空電梯或許也將改寫人類的命運(yùn)。





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