三体社区泛科幻大本营

注册

只看楼主

什么是太空电梯?

Cain 发表于 2015-10-22 14:45:52 [ 上一主题] [下一主题]

太空电梯又称轨道电梯,顾名思义,其实就是个货运电梯。因为它的顶部直接通到外空间,所以又有人称它为天梯,是一种低成本的将有效载荷从地球或其它星球的表面运输到空间站的解决方案。
  太空电梯(Space elevator),又称轨道电梯,顾名思义,其实就是个货运电梯。因为它的顶部直接通到外空间,所以又有人称它为天梯,是一种低成本的将有效载荷从地球或其它星球的表面运输到空间站的解决方案。

  太空电梯的概念最初出现在1895年,由康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出。整体来看,它很像一条连接天与地的线,在线上有一块小方块沿着线不停地上下,连接天的那一部分则是一块硬币似的航天器。太空电梯最长的主体部分是扁长且粗细不一的一根绳子状的长物,被称为缆绳,它连接地面的基座和空间站。具体铺设时,在距离地面3.6万公里的空间站上放置一根缆绳,将它落下去连接至地面基座,在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳会绷得紧紧的,像一根绷直的缆绳一样。负责运输的货舱挂在缆绳上,在地面上装载货物,以很快的速度向空间站行进,来回一次一般耗时一个星期时间。

  此外,为保持平衡,在空间站远离地球的另一侧也要架设数万公里的缆绳索道,并在缆绳末端连接一个重量平衡器,为了抵消缆绳的质量,保持太空电梯的整体平衡。连接地面的部分被称为基座,选址的时候为了让从轨道上降下来的缆绳部分最短,一般建在赤道上,同时可以让太空电梯的顶点矢量速度最快,停靠在空间站上的飞船能够以最快的初速度出航。所以,太空电梯从上到下的顺序是平衡器、空间站、缆绳、货舱、基座。

  那么,太空缆绳那么长,不会断掉吗?建造太空电梯最大的挑战在于找到制造电梯缆绳的材料。如果用钢丝来建造,仅仅从9公里的高空中垂下来,它会被自己的重量拉断,而太空电梯需要从万米高空中垂下,上面还要挂一个货舱,所以钢丝是万万不可能用于电梯缆绳的。要用什么材料呢?这种材料必须十分结实,克拉克在《天堂与喷泉》中建议用单晶材料制造,小说中是这么提议的,没想到后来发现的碳纳米管竟然真的可以胜任。碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米管具有良好的力学性能,CNTs抗拉强度达到50~200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的5倍。 简直就是最理想的完美缆绳材料。

  另外,太空电梯配备平衡器之后也会稳定很多,它为何要有平衡器呢?这是因为细长物体承受拉力的本领比承受压力的本领大得多。为避免太空电梯的缆绳被自身重量压垮,工程师想出了一个主意,从同步轨道卫星上垂下36000公里长的缆绳,直达地面,在缆绳的另一头还有“平衡锤”。平衡锤以极大的速度绕地球运转,由于由离心作用,它能给缆绳施加很大的拉力,确保缆绳绷紧。这么一来,太空电梯的缆绳就稳固多了。


回复 点赞(0)

起落炎凉终如是  不若倚风笑斜阳

提示:close

 

已赞!

 

提示:close

 

已关注!

 

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

关注我们新浪微博微信 3

  

沪ICP备14049458号    网站地图

Powered by Discuz! X3.2@2001-2013, Comsenz Inc 版权信息

更多友情链接

钛度社区 3G小说网 磨铁中文网 创世中文网 网易原创 起点中文网 潇湘书院 红袖添香 小说阅读网
科幻世界 书海小说网 纵横中文网 科幻星云网

快速回复 返回顶部 返回列表
close