白发苍苍的方老,拿起桌上的茶杯喝了口水,直了直身子说道:“如果空间的物体能够保持与地面的相对静止,那么为什么不能从这个物体上方下一条缆索,用它把宇宙和大地连接起来。
太空梯这个论指的是从地球表面延伸到对地同步轨道的位置。形象的说,就是打造一条永久的缆绳。利用弹弓效应。弹弓效应指的是,小天体或航天飞行器借助于大质量天体的重力来获得更大的动能。这个概念被推广开来就是借助外界条件来是自己获得加速度的意思。
太空梯可以帮助完成在太空进行的建造项目,同时也可以用于发射卫星和太空旅行。
从论上讲,太空梯并不神奇。在地球赤道的太平洋洋面上建造一个平台,用飞船放下一条长达1万千米的缆绳,并把它锚定在平台上。随着地球一起旋转,由于旋转所产生的离心力刚好抵消了地球的吸引力,于是天梯就从地球到太空竖直起来了,这就像你在头顶上甩动一根一头拴着小球的绳子一样。然后,用一个由激光能量的爬升器在缆绳上上下移动,就可运送飞船、建筑材料甚至乘客。
建设太空梯的第一步,把一个携带天梯半成品的飞船发射到地球静止轨道的卫星上,使其和地球同步飞行。第二步,把这个半成品的天梯从飞船上放下来,落到位于赤道海面的一个平台上,这个平台类似一般的海上发射卫星的平台。第三步,把半成品的天梯锚定在平台上。第四步,用一个由激光束能量的爬升器在这个天梯地半成品上上下移动,并把更多碳纳米合成纤维缆绳拧在天梯半成品上,进一步完成天梯。个制造过程大约要用两年半的时间。”
人们曾议。利用太空梯取代昂贵的火箭,把货物或者人类送入太空。但几十年来,这个概念一直没有多大发展,之所以这样。并不是因为目前的材料无法承受,太空产生地张力。现在的碳纳米管或许可以克服这一问题,但目前的难题是,它们必须比现在的人造产品更长、更纯才行。
即使拥有合适的材料,太空梯可能也相当不稳定。月球和太阳的引力托拽,以及太阳风的冲击,都使连接缆绳不断摇晃,而且有可能使太空梯撞上附近的人造卫星或者太空垃圾。要使推进器正常运行。可能缆绳需要保持在一条直线上。而且现在看来,攀爬本身似乎也引起太空梯发生摇摆。
地球旋转,导致太空梯无法保持稳定状态地另一个原因是科里奥利力,这种力促使旋转运动的物体发生偏移。地球自传产生科里奥利力,它使地球上的气流和水体发生偏转。在这项研究中,太空梯将垂直固定在地球赤道的某一点上。随着升降机不断上升,它的运动将导致科里奥利力对升降机、电缆产生与地球自转方向相反的拉力。这个力将迫使太空梯远离它的垂直位置。让它像个钟摆一样来回摆动。
错误轨道。货物沿着太空梯上升地运动,可能仅造成缆绳地局部出现来回摇摆现象。但是缆绳的摇摆有可能加快或者减慢任何沿着太空梯运行的飞船的速度。结果使它们进入一个偏离正轨几十公里的错误轨道。要纠正这个问题,或许需要耗费大量燃料。由于这个结构非常庞大,因此,即使位置出现微小的偏移,也在有效载荷所及的轨道里产出很大偏差。
放慢攀爬速度,升降机的速度越快,产生的影响就越大,因此降低升降机对电缆地影响的最简单方法是。放慢它的爬升速度。缓慢攀爬可以使太空梯达到稳定状态,垂直耸立在地球赤道上。然而,这样使进入轨道的旅行变得非常缓慢,需要在15天的基础上另外再增加9天或者更长时间,才能进入预定轨道。
速度限制。制定特殊地升降机时间安排和速度限制。将有利于节约太空梯地燃料。交通调可能起到一定作用。不过,将太空梯并排连接在一起或设立单行道等其他方法。或许对增加太空梯的稳定性也有一定帮助。”
方老说到这停顿了一下,喝了口水接着我说道:“我们要进行太空梯这项工程地研究也要分成几步,首先第一步是论研究和地面实验。目前太空梯的论方面我们已经充分的找到了实验依据。那么接下来就是进行地面实验。解决碳纳米管的研究和生产问题,并通过飞艇测试一万米的高度的碳纳米管和升降机的功能。第二步就是太空实验,用火箭将一下实验舱送入同步轨道,然后放下实验用的电梯缆绳,在用这条缆绳上向地面传送物品,以完成所以有的实验检测。第三步就是正式安装这个太空梯阶段,并投入商业运行。只要刘董事长能有资金支持,这项研究的前期投入只需要4万人民币。”
听完这个天方夜谭的设,我犹豫了一下问道:“方老可以解释一下什么是碳纳米管吗,这东西什么样子。我们国内能生产吗?它的造价如何?”
这时方老身边的一个中年专家说道:“我叫杜福宏,是中科院的纳米材料研究室,碳纳米管研究组组长。我来介绍一下什么是碳纳米管吧。
在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子这就是现在被称作的碳纳米管,又名巴基管。
碳纳米管具有良好的力性能,抗拉强度达到52GPa是钢的1倍密度却只有钢的1/6;它的弹性模量可达1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢地5倍。对于具有结构的单层壁的碳纳米管,其抗拉强度约8GPa。