剑桥、哥大研究生欲造32万公里的登月电梯

故事 09-15 阅读: 评论:
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由于登月飞船的发射要靠成本高昂的火箭,登月一直是一件极度烧钱的事。现在,哈佛和哥伦比亚大学的几位研究生好好算了一下,结果发现,“太空电梯”在技术上和经济上都是划算的,这部新型电梯实际上就是一条长达32万公里的电缆!

自60多年前的太空黎明到来之后,人类目前只有一种方法可以登上月球:火箭。但是现在,两位研究生表示,我们现在应该能够通过一种高科技电梯,在地球和月球之间运送人类和货物。

太空电梯的想法并不新鲜。自1895以来,航天梦想家一直在谈论这个话题,人们提出了所谓的“经典太空电梯”的概念性目标,可以作为人们往返月球的交通工具。但由于高昂的成本和技术上的限制,“太空电梯”的概念始终只存在于想象和文学作品中。

在今年8月25日arXiv上发表的一项研究中,两位论文作者声称,“太空电梯”在技术上和经济上具备可行性,只需大约10亿美元成本,并开始打造这样一部“月球太空电梯”。这个概念最初于1977年杰罗姆·皮尔森在一次会议上正式提出。

本研究的共同作者之一,剑桥大学天文学研究生Penoyre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。”

拉一条32万公里长的电缆,通往月球

这篇论文的两位共同作者Penoyre和Sandford都是哥伦比亚大学天文学研究生,他们将这个月球空间电梯称为Spaceline。其中心环节是一条长达20万英里(32万公里)的线缆,一头固定在月球上,另一头指向地球上方,可能位于距离地球27000英里的轨道上。(由于月球的相对运动,线缆无法固定在地球表面。)

最简单版的Spaceline 线缆可能或不会超过88000磅,这个重量没有超出下一代NASA和SpaceX火箭的有效载荷范围,而且可以用Kevlar或其他现有材料制成,而不是非要用难以制造的碳基材料不可,过去人们一直认为建造太空电梯必须使用碳基材料。

未来的太空旅行者将能够使用航天器从地球飞到悬挂线缆的末端,然后转移到太阳能机器人车辆上,使电缆爬上月球。航程可能需要数天或数周时间。回程则刚好相反。

为什么花费数亿甚至数十亿美元建造月球空间电梯,而不是依靠成熟的火箭技术呢?Penoyre和Sandford在他们的论文中说,前者最终可能更经济,特别是能够将原材料从月球矿山带回地球。

美国航空航天研究所发表的一篇论文估计,月球空间电梯系统可以通过将月球材料运送到月球和地球之间的空间站,需要53次旅行就能收回成本。

走!到月亮上去挖矿!

多年来,专家一直瞄准月球作为有价值的原材料的潜在来源,从氦-3,可能在聚变反应堆中使用的熟悉气体的重型,到钕、钆等稀土矿物,用于制造手机,医疗扫描仪和其他高科技设备。

“太空电梯就像铁路,除非有很大的交通流量,否则不值得建造。”佛罗里达州棕榈湾卫星技术公司Space Initiatives的首席科学家Marshall Eubanks说道。他说,论文中使用的计算过程是可靠的,但地球轨道卫星可能会与巨大的电缆发生碰撞,这可能是一个潜在的问题,可以将电缆保持在地球轨道空间通道之外来缓解这个问题。

尽管太空电梯相对于火箭运输具有潜在优势,但无论是月球空间电梯,还是经典太空电梯都没有获得太空机构或航空航天制造商的太多关注。

自20世纪70年代末以来,美国宇航局一直资助经典太空电梯概念的研究。但截至目前,太空电梯领域还没有诞生SpaceX这样的企业。不过中国和日本的企业分别提出了在2045年和2050年之前建造经典太空电梯的建议。

Space Initiatives首席执行官查尔斯·拉德利表示:“令人沮丧的是,月球太空电梯的想法并没有获得多少动力,但这确实是一个可行的想法,而且在经济上看,是一个可以颠覆游戏规则的想法。”

  一些专家认为,至少在最初阶段,经典太空电梯可能比月球太空电梯更有意义,因为前者更有助于探索月球。比如可以使用经典太空电梯在地球轨道上组装一个巨大的航天器,然后从那里发射。专家表示,这可能比克服巨大重力从地球表面发射宇宙飞船更容易。

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