上一期我们讨论了新一代航天平台:太空电梯。自齐奥尔科夫斯基提出这个概念以来已经过去了一百多年,科学家们终于开始认真对待它。而当他们开始思考的时候,他们发现问题还真不少。
开发太空电梯,首先要考虑的问题是:建在哪里?太空电梯不是你想建造的,它可以在任何地方建造。
我们一定要保证这个位置的空间站和地球是同步的,否则,一旦空间站和电梯底座有一点位置偏差,电梯就会“坏掉”。很显然,这个航天器一定是在一个地球同步轨道上,也就是所谓的地球同步卫星(或空间站),这个轨道也叫地球静止轨道。这个位置只能在赤道上(在其他经度上是不现实的,要么会出轨,要么有永久的动力)。
另外,就算地球赤道的周长是40075公里,也不代表哪里都可以做。
首先要避开地震带对吧?否则,大地一颤,太空电梯就有可能坏掉。
其次,我们要尽量避开经常有暴风雨或雷电的地方,对吧?否则,高度越高,扭矩越大,电梯可能扛不住,成天被雷劈心理阴影就更大了。
另外,为了避免意外受伤,电梯尽量设在无人区,这进一步缩小了选择范围。
幸运的是,虽然赤道经过的大部分区域都是海洋,但是这个基站可以建在海面上,就像一个放大版的海上钻井平台。如果建在海面上,万一发生意外,可以避免伤及无辜,还有一个好处。我们会保密,留到下一期再说。
就算选址可以在海上,也不代表可以在任何地方。目前比较公认的位置是国际日期变更线以东(即180°子午线,大部分位于太平洋)和美洲大陆以西地区。
其实,解决选址问题只是万里长征的第一步。此外,还有一系列难题等待科学家们绞尽脑汁。
就像太空电梯的高度。
按照之前地球静止卫星轨道的计算方法,是距离地面35786公里的高度,这是高中物理的知识。但实际上,为了平衡整个电梯,防止它被甩出去,我们不得不把它造得更高。换句话说,我们需要在距离地表将近36000公里的地方建造一部电梯,并将其连接到空间站,然后继续向上建造。世界的整体高度目前还没有定论,但一般来说,大约是10万公里,也就是地月距离的1/4(为了不吓到大家,我们暂时跟36000公里数据的大概高度介绍)。
要知道,人类最高的建筑哈利法塔只有828米。而这个电梯,正如我们所说,高度将近36公里,是哈利法塔的4万多倍……
第一个问题是:我们如何建造这么高的建筑。
最起码,这么高的楼,稳固性是要有保障的吧?这是一个简单的杠杆原理,建筑力矩越高,对稳定性的要求就越大。一旦有地震或大风来闹,这架太空电梯将面临生死考验。因此,光是安全就对人类科技提出了非常高的挑战。
第二,我们要建这么高的楼,必须要有这么高水平的设备和这么高水平的物资运送技术。哈利法塔正在将钢筋混凝土泵送到600多米的高度,改用纯钢结构建筑。这也是人类泵送混凝土到高空的记录(不过没人说这个电梯一定是钢结构的,以后再讨论)。当然,科学家们普遍接受的建造方法是将其悬挂在太空中建造。但是,这会对人类火箭发射的频率和数量提出更高的要求。
同样,我们介绍一下哈利法塔的一些数据:它占地34.4公顷,即34.4万平方米,每边的底座长度有一个站位;这座建筑本身耗资10亿美元,还不包括购物中心、人工湖和其他塔楼的成本。可见,太空电梯面临的问题都是非常棘手的问题。
其实,关于空中电梯项目,NASA一共提出了四个要素:地球基站、电缆、电梯和配重。分别使用哪种模式是一个无法回避的话题。
其中,地球基站的问题,我们今天讨论了,但是接下来的三个问题怎么解决呢?科学家有对策吗?下期再说吧~
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