乘电梯“私奔”到月球?想得真美!

原标题:乘电梯“私奔”到月球?想得真美!

科技日报记者 付毅飞

一直以来,人类进入太空都要依靠飞船火箭。这是件很烧钱的事。如果想登上月球,难度就更大了。

来自哈佛、剑桥和哥伦比亚大学的几位研究生,希望改变这一现状。

他们在8月25日发表于arXiv网站的论文中,提出了一种“在技术上和经济上具备可行性”的“月球电梯”构想。这种被命名为“Spaceline”的月球电梯,核心是一条长约32万公里的线缆,一头固定在月球,一头伸向地球,末端位于距离地面43000多公里的轨道上。论文作者称,最简单版Spaceline的线缆重量不会超过40吨,符合当前重型运载火箭的运载能力。

在这一设想中,人们可以先乘坐航天器从地面飞到Spaceline末端,转移进入月球电梯后,花费数天或数周时间到达月球。反过来则可以用这种方式,将月球上的矿产资源运回地球。

对此,全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩说:看上去很美,要实现很难。

中国航天科工集团二院研究员杨宇光更直接地表示:看不到成功的希望。

太空电梯的缆绳还未研发出来

太空电梯的概念并不新鲜,1895年,俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基率先提了出来。1979年,科幻大师克拉克在小说《天堂的喷泉》中也提到这一设想。庞之浩介绍,随着纳米技术的发展,太空电梯从最初被视为科幻,逐渐让人们看到了实现的可能。

2012年,NASA前工程师迈克尔·莱恩声称其创办的公司能在8年内,利用现有技术在月球上建造太空电梯。不过如今期限将至,人们并没有看到这座电梯的影子。

研制太空电梯的最大挑战,在于它的缆绳。庞之浩说,这种缆绳要有数十倍于钢材的强度,超轻的质量,以及可以接受的成本。理论研究计算表明,目前唯一能帮助人类实现太空电梯梦想的材料是碳纳米管。这种材料只需缝衣针粗的一根,就能承受一辆汽车的重量;一根1米宽、像纸一样薄的碳纳米缆绳,强度就足以支撑一架太空电梯。许多国家都在对此开展攻关。

然而问题在于,这种材料还没有研发出来。有消息称,2013年清华大学教授魏飞带领团队制备出单根长度超过半米的碳纳米管,创下了当时的世界纪录。但要知道,太空电梯所需线缆的长度要达到数万公里甚至数十万公里量级。

鉴于碳纳米管的工程应用遥遥无期,前述论文作者提出了用现有材料替代的方案,例如“Kevlar(凯夫拉)”。这是美国杜邦公司研制的一种芳纶纤维材料产品品牌,强度高、韧性好,做成防弹衣刀枪不入。不过它能否满足太空电梯的要求,在专家眼中显然并不乐观。

太空电梯技术和成本问题无法解决

假设材料过关,建造太空电梯还面临许多工程难题。

已经提出的太空电梯方案有几种,比如从地面伸向太空,顶端固定在地球静止轨道空间站的;从月球“垂挂”下来,底部连接空间站的;或是两端由航天器牵引,悬浮在地月之间的。杨宇光说,无论哪种太空电梯,目前都只存在理论上的可能性。对于工程实施来说,首先要大规模将材料送上天,这面临许多技术和成本方面的问题现在无法解决。

另外,如果在地面建太空电梯,电梯的“底座”必须建在赤道附近,很可能是在人烟稀少的太平洋中间建设一个海上平台。除了平台要抵御风浪、避免干扰船只,电梯缆绳也要避开飞机航线,甚至防止被在轨运行的卫星或太空垃圾撞到,这都是麻烦事。

月球电梯的底端离地球有好几万公里,倒是不会给卫星和飞机“添堵”。但庞之浩表示:“月球围绕地球转动,只怕缆绳都拉不直。更别说那么长的缆绳根本无法实现。”

杨宇光说,地月运动非常复杂,具备不规则性和不确定性,由地球、月球乃至太阳引力产生的摄动,将影响到太空电梯的稳定性。

悬浮式的太空电梯两头不靠,但同样躲不过引力影响。同时太空电梯还要经受空间辐射等恶劣太空环境的考验。

再退一步说,抛开工程问题,太空电梯还面临一个绕不开的话题——成本。

前述论文作者声称,建造Spaceline只需大约十亿美元,53次旅行就能回本。一位作者表示:“这个太空电梯的价格之便宜让我大吃一惊,只要一个有点想法和热情的亿万富翁就有能力建造实现。”

这样的成本估算让杨宇光大吃一惊。他很委(zhi)婉(bai)地表示:别说十亿,十万亿也不够。

杨宇光说,按照目前宇航发射行情,将一公斤重的东西送到近地轨道,平均成本大约是5000到1万美元,送到月球,成本将呈几何增长。那么先不算材料费和各种设备的造价,光是把几十吨材料,以及空间站、工程设施送上去,运费就得花多少?

更重要的是,这样的月球电梯,对降低空间运输成本的作用也很有限。杨宇光说,目前人类进入太空成本最高的是天地往返,也就是从地面出发进入轨道的阶段。而Spaceline将入口设在几万公里高度,恰恰遗漏了这个阶段。如果从近地轨道出发,利用电推进技术前往月球或深空,其实不需要太多消耗,与乘坐太空电梯相差无几。

无论如何,太空电梯的构想为人类勾画了美好的前景。目前美国、欧洲、日本包括中国等,都有机构在开展相关研究,业内普遍认为在本世纪内有望取得成功。庞之浩说,如果各国能够开展合作,研制进度或许可以更快些。

而对于Spaceline这样的月球电梯,杨宇光表示:“完全是没影的事,我觉得100年也做不出来。

来源:科技日报 文中图片来自网络

编辑:张爽(实习)

审核:朱丽返回搜狐,查看更多

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