通向太空的升降機(jī)

余家駒

近年來(lái)，一個(gè)新名詞已變得不再陌生——太空升降機(jī)，或稱太空電梯。最初萌發(fā)太空升降機(jī)的想法距今已有一個(gè)多世紀(jì)了。1895年，俄國(guó)夢(mèng)想家康斯坦丁·E.茨沃科夫斯基曾設(shè)想在圍繞歐洲的軌道上建造一座屬于天空城堡的數(shù)千英里高的塔，在繞軌道飛行的城堡產(chǎn)生離心力的作用下，那座塔就被帶上天空。然而，這一想法在那時(shí)根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。鋼是當(dāng)時(shí)最為剛強(qiáng)的材料，但它本身重量太重，無(wú)法承受那么重的物體。

日本科學(xué)家在1991年發(fā)現(xiàn)的碳納米管是一種比鋼的強(qiáng)度還要高許多倍的圓柱體碳分子材料。它的問(wèn)世將有可能在10至20年內(nèi)把這一看似無(wú)法實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想變?yōu)檎T人的現(xiàn)實(shí)，為此，洛斯阿拉莫斯科學(xué)家賴恩·勞伯斯徹博士興奮地說(shuō)：“我感到太空升降機(jī)將成為能通往太空的精典手段。”

從原理上說(shuō)，太空升降機(jī)與常見(jiàn)的樓宇電梯差不多。其核心是建立一條從地球表面伸向太空的“纜繩索道”，纜繩的一端將固定在地球上的一個(gè)基點(diǎn)上，另一端將聯(lián)結(jié)在一個(gè)沿空間軌道飛行的衛(wèi)星上。由于地球引力的作用，這根纜繩被繃得很緊很直以便升降機(jī)沿著它上下滑行。作為第一步，是將一顆對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星帶著這根被卷成一卷的纜繩發(fā)射到太空中去，等衛(wèi)星進(jìn)入軌道后，讓纜繩的一端借重力墜落于地球上，另一端則在距離地球3萬(wàn)6千千米的衛(wèi)星軌道上，與地球保持相對(duì)靜止的位置。

1999年，NASA給物理學(xué)家布萊德里·愛(ài)德華茲撥款50多萬(wàn)美元用于研制開(kāi)發(fā)太空升降機(jī)。他認(rèn)為，除了用于制作這根纜繩所需的特殊材料外，其他所有必要的基本技術(shù)都已具備，他希望科學(xué)家們?cè)谖磥?lái)的幾年內(nèi)能夠研制出足夠剛強(qiáng)的納米繩來(lái)。不久，便傳來(lái)了英國(guó)劍橋大學(xué)阿蘭·溫德?tīng)柌┦考捌渫卵兄瞥梢环N用納米管組成的長(zhǎng)纖維織成“納米繩”新方法的消息。他們所使用的碳分子材料的圓柱體納米管的直徑約為30納米，其粗細(xì)相當(dāng)于人發(fā)的1/5000?？茖W(xué)家承認(rèn)，研制的新方法只是新工藝的原型，制成的纖維強(qiáng)度暫時(shí)不比傳統(tǒng)纖維強(qiáng)太多，但已經(jīng)看到增加強(qiáng)度的不同方法。如果強(qiáng)度能成功增大10倍，就能使它接近碳纖維的強(qiáng)度，同時(shí)這種纖維的生產(chǎn)成本更低，因?yàn)樗酶畠r(jià)的配料。專家們預(yù)計(jì)，新方法改進(jìn)后可以制成強(qiáng)度可與納米管本身強(qiáng)度相媲美的“納米繩”，因此有望用“納米繩”來(lái)做太空升降機(jī)的纜繩，將乘客和各種貨物運(yùn)送到空間軌道站上。

愛(ài)德華茲估計(jì)建造首臺(tái)太空升降機(jī)的費(fèi)用約為6200萬(wàn)美元，以后的建造費(fèi)用將會(huì)減少，每臺(tái)約為2000萬(wàn)美元。他相信，一旦成功，這將使向地球軌道運(yùn)送材料的成本從每磅10000美元下降到100美元。但是也有人擔(dān)憂地面的閃電和颶風(fēng)以及軌道上的碎片等諸多問(wèn)題會(huì)對(duì)升降機(jī)構(gòu)成威脅。對(duì)此，愛(ài)德華茲表示，他能夠找到合理的解決方案。升降機(jī)基地可以是近赤道處的東太平洋上一個(gè)活動(dòng)的海洋平臺(tái)，它遠(yuǎn)離商業(yè)航線且不易受到恐怖襲擊。颶風(fēng)不會(huì)越過(guò)赤道，該地區(qū)內(nèi)閃電也非常少見(jiàn)。因?yàn)榛究梢砸苿?dòng)，故而又可避開(kāi)低軌道上的宇宙碎片。

目前，一個(gè)新興的太空升降機(jī)產(chǎn)業(yè)正在形成，美俄都在緊鑼密鼓地加緊這方面的努力。歐洲太空署委托俄羅斯薩馬拉太空大學(xué)建造的一種可以從國(guó)際空間站把物品送回地球的裝置，這項(xiàng)工作現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入收尾階段。這部太空電梯的主要原理其實(shí)并不復(fù)雜。裝有貨物的太空艙通過(guò)一根30千米長(zhǎng)的特別牢固的纜繩送回地球。雖然纜繩很長(zhǎng)，但其重量不會(huì)超過(guò)6千克，需要用特別材料制成。進(jìn)入大氣層后，纜繩會(huì)燃燒，貨物接著依靠氣球繼續(xù)緩緩地落向地球。 就目前而言，因耗資巨大，研制這樣的太空電梯沒(méi)什么經(jīng)濟(jì)利益可言，一旦所有難題都得以解決后，其各方面的收獲將是相當(dāng)巨大的。

【責(zé)任編輯】蒲暉