刊登日期 : 2023-02-01
电影《流浪地球2》2023年春节在内地上映,再掀科幻热潮,片中很多设备也引起网民热议,其中讨论最多的莫过开篇就出现的太空电梯。直通天际的太空电梯是否符合科学原理?它有可能实现吗?
太空电梯可“挂”在地球同步轨道上
太空电梯肯定不是在《流浪地球2》首次出现的,不少科幻电影都曾见到;它甚至有逾百年“历史”,早于1895年,俄国人齐奥尔科夫斯基(Konstanty Ciołkowski)已提出类似构思;这位航天先驱的名言大家可能会听过,就是“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远生活在摇篮中。”
当然,很多报道都指太空电梯不只存在于幻想,它在原理上是可行的,很多国家的科学家都正具体地研究。
有人或直觉地质疑太空电梯的缆索或支架如何能“挂”在茫茫太空之中?
原来在地球赤道的3.6万公里上空,有着“地球同步轨道”;在该轨道上的航天器,运行速度刚好与地球自转同步;假如从地面上远眺,它就像静止在天上;在地球同步轨道上的卫星或太空站,正好能作为“挂鈎”。
从“挂鈎”垂下长长的缆索,一直到达地球赤道并予以固定,再在缆上装上载人载货的“车厢”和相关设备,即可以成为一部直上空的太空电梯。
目前中国太空站和国际太空站运行轨道距离地球只有400公里左右,3.6万公里的太空电梯高度高得多。
为什么要太空电梯?目前人类进入太空都要靠运载火箭,但火箭要摆脱地球引力,必然消耗大量燃料来加速,燃料甚至达到火箭总重的90%以上,成本高、效益低。所以如果太空电梯能制造出来,它的运作成本将大幅降低。
“炭纳米管”或成为太空电梯缆索物料
有传媒估算,目前发射一公斤货物到太空要2万美元,用太空电梯只需500美元,低廉成本将是人类实太空移民、更遥远的深空探索的基础。
另一方面,太空电梯不需要靠速度来摆脱地球引力,让它可以“低速”运行,使用者不需承受重力,这也让一般人的太空旅行成为可能。
不过,刚才说的只是太空电梯最简化的原理,它涉及技术还有很多,而且即使原理再简单,也不等于容易建造。
以目前科学发展而言,建设太空电梯仍有很多难点,例如如何把设备送上太空、建成之后如何维护、遇故障如何救援等等。
而最需要解决的,是用什么物料来制造足够长的电梯缆索,而且它必须有超高强韧度(3.6万公里几近环绕赤道一圈了),还一定要极轻,否则一条3.6万公里长的缆索,自身重量就足以把一切压跨。
其实能制造太空电梯缆索的高科技物料,1990年代初已研发出来,称为“炭纳米管”。据报1.6克重、1立方厘米大小的“炭纳米管”,便能承受超过800公吨的重量,其强度是钢铁的100倍。
日本一家公司2012年即宣称要用“炭纳米管”来制造太空电梯,并以此在2050年前把人送上太空。
中国航天路线图暗示研发太空电梯?
不过目前来看,日本公司的计划应该难以如期实现了,因为“炭纳米管”虽然研发了出来,但以他们掌握的技术,只能制造出几公分长的一段。
中国在“炭纳米管”技术方面目前有一定优势,清华大学一个团队2017年曾制造了世界最长、单根长度达半米以上的“碳纳米管”;可是即使半米,与3.6公里还是相差很远,还需继续突破。
那作为航天大国的中国,是否有发展太空电梯的路线图?相关资料甚少,但中国航天科技集团一院2017年发表的《2017—2045年航天运输系统发展路线图》中,曾提到“到2045年,进出空间和空间运输的方式将出现颠覆性变革,天梯、地球车站、空间驿站建设有望实现”;文中的“天梯”是否就等于太空电梯?官方没解释,大家可以发挥想像。
此外,新华网2021年一篇提为“先坐‘天梯’再‘开车’ 这份月球漫游指南请查收”的文章中,更提及从地球直通月球的“月球天梯”,非常科幻。
无论如何,像《流浪地球2》中的太空电梯,未来肯定会实现。至于是多久的未来,现在或没人知道,就像生活在1923年的人们,应该不会想到短短46年之后(1969年),人类便已经登陆月球。
《流浪地球2》改编自刘慈欣的同名小说,由吴京及李雪健主演,刘德华特别演出。该片为《流浪地球》的前传,讲述“太阳危机”即将来袭,人类面临末日灾难与生命存续的双重挑战;该片的开篇就出现了太空电梯。
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