为何太空电梯难以实现?碳纳米管成最关键技术!

作者:懂点儿科技 时间:2018-01-14 09:38

原标题:为何太空电梯难以实现?碳纳米管成最关键技术!

原标题:为何太空电梯难以实现?碳纳米管成最关键技术!

如果能够将飞船送到地球上空160千米处,那么你已经在任意遨游太阳系的道路上成功了一半了。因为,任何形式发射的前160千米内,火箭都挣扎着要摆脱地心引力,这显然是花费最巨大的部分。在那之后,火箭飞船几乎就能轻松航行到冥王星以及更远处。

在未来,有一种方法能够大幅减少成本,那就是太空升降舱。顺着一根绳索爬上天堂的想法非常古老,但它或许能成为现实——如果绳索能高高送入太空的话。此后,地球自转产生的离心力将足以抵消地心引力,绳索将永远不会落下。绳子会魔法般地垂直升入空中,并且消失在云间。同样的,一根非常长的绳子由于地球转动可以“挂”在空中,除了地球的自转外,保持绳子的状态无需任何事物。理论上人可以爬上绳子并且向上进入太空。

当我们计算这样一根绳子所承受的张力,不难发现,绳子所承受的张力甚至足以使钢丝绳猛然断裂。这就是太空升降舱长期以来被认为不可能实现的原因。想象一颗位于太空中地球静止轨道3.6万英里处的卫星,从那里,可以降下一根缆索到地球上。随后,缆索将被锚固在地面上。但是一台太空升降舱的系规必须耐受大约60-100gpa(吉帕斯卡)的张力。钢大约在承受2gpa的时候就会断裂,这使得这一构思遥不可及。

当化学家们开发出碳纳米管的时候,这一状况发生了翻天覆地的变化。在1991年,日本电气的饭岛澄男的研究成果突然激起了学界的广泛兴趣。令人瞩目的是,纳米管的强度比钢丝绳更大,同时也更轻。事实上,它们超过了维持一个太空升降舱所需要的强度。科学家相信一根碳纳米管纤维能够承受120gpa的压力,这还远远在断裂点之上。这一发现重新点燃了制造太空升降舱的热情。

但是,在我们建造一台能够乘坐其升入太空的太空升降舱之前,必须解决难以克服的障碍。目前,实验室中制造的纯净碳纳米管纤维不超过15毫米长。要建造一台太空升降舱,我们必须制造出数千英里长的碳纳米管索。尽管从科学的角度来看这只不过是一个技术问题,但如果我们打算建造一台太空升降舱的话,它会是一个顽固而艰难的问题,必须解决。不过,许多科学家相信,在数十年内我们将能够掌握制造碳纳米管长索的科技。

目前,将1磅重的物体送入环绕地球的轨道要花费1万美元以上,大概相当于一盎司黄金的价格,而一台太空升降舱可以将费用减至每磅1美元之少。在太空项目开支中如此巨幅的减少能将给我们观察太空的方式带来革命性的改变。简单地按下升降舱按钮,我们理论上可以凭一张飞机票的代价乘坐升降舱进入太空。

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