坐电梯去火星?数十年后或变成现实

进入电梯,按上升按钮就到了太空,是不是很拉风?在11月18日至20日召开的2022空间技术和平利用(健康)国际研讨会上,国际太空电梯联盟主席、国际宇航科学院院士彼得·斯旺提出,未来太空电梯作为永久性物流基础设施,可将物资和人员运到太空,成为进入太空的新通道。

有了太空电梯 去火星或许只要61天

造太空电梯,原理并不复杂。长长的缆绳悬在天地之间,一端固定在位于地球赤道的海洋上,另一端“抓住”地球同步轨道上的平衡物(如卫星或空间站)。沿着缆绳,一个机器(太空电梯的轿厢)可以上下移动。

斯旺介绍:“根据目前设计,太空电梯轿厢重约20吨,攀爬速度约为每小时200公里。未来,随着缆绳加长、轿厢攀爬速度加快,预计8天可到达地球同步轨道,14天可到达月球,61天可到达火星。”

“相比用火箭运输,太空电梯更环保、成本更低、重复使用率更高,太空电梯也因此被称为‘绿色天路’。”斯旺解释,太空电梯用太阳能驱动,不像发射火箭那样消耗大量化学燃料。

而且太空电梯产生空间碎片的可能性微乎其微。科学家发现,截至2020年1月,10厘米以上的空间碎片有2.9万个,1毫米以上的则超过1.7亿个,严重污染空间环境。

“另外,利用太空电梯运输,每公斤物资运输成本约为500美元,比使用火箭更便宜。”国际宇航科学院秘书长让·米歇尔·康坦表示。

斯旺认为,未来人类建火星村、月球村需要发射大量物资到太空,星际旅行也备受期待,太空电梯非常具有商业竞争力。

但火箭发射不会因此被抛弃。国际太空电梯联盟副主席丹尼斯·莱特称,火箭比太空电梯速度更快,能迅速穿越辐射带,所以有人提出以“太空电梯+火箭”的方式运输,实现互补。“如果把太空电梯看作货船,那么火箭就是货运飞机。”

设计方案可行但实践仍面临挑战

太空电梯之梦由来已久。1895年,俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基见到埃菲尔铁塔后提出了太空电梯的设想。科幻巨匠阿瑟·克拉克在其小说《天堂之泉》中也描绘了太空电梯。但由于技术障碍,太空电梯长期停留在概念阶段。

随着航天技术不断发展,建造太空电梯有了更多可能。据斯旺和莱特介绍,在材料方面,碳纳米管和超强石墨烯被认为是建造太空电梯缆绳的理想材料;在设计方面,科学家目前已提出8个比较稳健、合理的科学设计方案;在工程方面,一些国家的科学家已开展一些小型实验并准备深入验证。

“当然,在理论、技术和工程层面还面临诸多挑战。如动力学和控制方法,新材料研发,设备设计和建造等。”中山大学航空航天学院副教授史格非表示。

很多细节问题有待科学家和工程师解答:太空电梯轿厢选择何种驱动模式?怎么克服重力影响?缆绳如何承受高能宇宙射线的轰击并有效抗摆动?电梯遭遇太空碎片和陨石冲击怎么办……

莱特说,科学家预估2035年左右太空电梯初步投入运行,用太空电梯载人则需要进一步验证以确保其安全可行,或许到2045年左右实现载人,目前还没有确切的时间表。面对这项耗时耗力耗钱的大工程,斯旺呼吁加强太空电梯的研究与合作。

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