人类在15年内能造出太空电梯的可能有多大,请各位来分析一下?
太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备。与普通电梯类似,不同的是,它的作用并不是让乘客往返于楼层之间,而是将他们送入距地球约3.6万公里的一座空间站。
随着人类太空探索步伐的加快,科学家考虑设计一种太空电梯,实现外太空和地球之间更便捷的物资交换。
连接太空与地球的太空电梯,可否成为现实?1分钟解开多年疑惑
取代火箭
这种垂直升降装置最终将取代不太安全的火箭,从而开创人类征服太空的新纪元。到那时,人类可以利用“电梯”来发射人造卫星和宇宙探测器,运送太空站设备,也可以乘坐“电梯”直上云霄,遨游天际……
原理简单
早在1960年,苏联工程师尤里·阿尔楚塔诺夫在自己的学术文章里提出过建造“电梯”的设想。后来,美国的工程技术人员和科幻小说作家对这一设想产生了浓厚的兴趣。例如著名科幻作家克拉克在他的《天堂的流泉》一书中将“电梯”变为现实。表面上看起来一切都很简单。“电梯”的主要部件是缆索,一头固定在地球表面,另一头伸向太空。它的长度肯定超出你的想像————10万公里,约相当于地球到月亮距离的1/4。缆索在两股方向相反的强力————地球引力和离心力————的作用下绷得紧紧的,就像琴弦一样。而且它与地面保持绝对垂直状态,直指地心。其原理就如同小孩子将绳子一头绑上个铁疙瘩原地挥转一样。我们知道,物体离地球越近,引力就越明显;反之,离地面越远,离心力就越强。在缆索的重心位于距地表3·6万公里的高度时,它所承受的引力和离心力就会达到平衡,缆索便会矗立空中而不倒。这个高度也就是地球同步轨道的高度。
这便是“电梯”的基本原理。原理很简单,但有一个难题:缆索采用什么材料?用钢索行不通,因为它太重。仅仅将50公里长的钢索悬挂空中,其自身的重量就足以将它抻断。如果改用质量轻且更牢固的合成纤维,其所能承受的长度可达到数百公里,这个长度可达到近地轨道。然而对于太空升降梯来说,数百公里甚至数千公里也是远远不够的。设计人员想尽办法也无济于事。“电梯”计划也就此搁浅。
新材料
90年代初,新材料领域的研究取得了出人意料的重大突破。日本科学家饭岛澄男于1991年发现了一种新材料————碳纳米管。这是一种细管状的碳化物,其直径只有百万分之一毫米。这种材料极为坚固,用它织结起来的直径一毫米的细丝足可承受20吨的重量!
新材料的发现为建造“电梯”清除了障碍,使这一科研项目最终从科幻小说进入了实验室。美国已经对此进行了多年的研究。在第一阶段,科学家们面临的任务是:对该计划进行理论论证,确定设计方案、工程造价和工期。美国航天局专门为此向Highlift Systems公司拨款。目前第一阶段的工作已经圆满结束。
该公司创建人之一、著名物理学家布莱德利·爱德华博士坚信这一项目会获得成功。他说:“只要资金充足,我们2年后就可以实施这一项目。我们不应拖延:谁抢得先机,谁就能在新的世纪控制太空。”
节约资金
太空“电梯”到底有什么诱人之处呢?首先,它能节约大量资金。现将1公斤有效载荷送上近地轨道需要花费1万美元,送上地球同步轨道则需要4万美元,而用“电梯”将1公斤货物送上太空只需100美元。随着更多“电梯”的建成,平均运输成本甚至可降至10美元。这样的话,“电梯”每年的经济效益将达几十亿甚至几百亿美元。此外,采用“电梯”也会使发射地的生态环境受到保护,安全系数也更高。
运输成本的大大降低将为人类开发太空开辟惊人的前景。人们可以在太空中建立更多的科研基地,建造生产特殊药物和新材料的工厂,建立太阳能发电站,开办旅馆……在月球上也可以建造同样的“电梯”,便于人类随时往返。到那时,太空旅游将真正开始蓬勃发展。
当然,这些只是遥远的理想。一切都将取决于第一架“电梯”能否成功建成。我通过因特网同爱德华博士取得了联系,询问了有关这一项目的一些细节。
“一些文章中说,要想建成‘电梯’,必须在地面上建造高达5万米的塔楼,然而修建高度达到平流层的建筑显然是不大可能的。爱德华博士,您会选择另外的途径吗?”
当然。我们的方案中根本没有什么塔楼。“电梯”的地面站将位于海上,就像海上石油钻井平台那样。它可以建在赤道附近,即风浪最小的地方。“电梯”所用的不是普通缆绳,而是用碳纳米管制成的宽“布条”,这种带状缆索既轻又坚固。然而它也是有重量的。根据你们的设想,缆带长度为10万公里,宽度为1米,厚度为2微米,总重量仅为800吨。
如何‘铺’到太空站
如何将其“铺”到太空站甚至更高的地方呢?先由火箭将40吨缆带送上太空站。从太空站向地面铺设一条小型缆带(宽5—11·5厘米,厚1微米)。它的载重量约为495公斤。随后铺设太空站以上的部分。最后再借助专门的小型升降舱沿着已经铺好的小型“电梯”,逐步将缆带加宽加厚。
升降舱如何才能固定在缆带上呢?升降舱装有两套履带装置,从两侧紧扣缆带,就像汉堡包一样。升降舱可以上下滑动,也可借助磨擦力牢牢固定在缆带上。
激光为能源
爱德华博士还解释道,“电梯”升降舱运行的能量来源于地面发射的激光。激光发出的光能转变为电能,驱动升降舱的发动机。升降舱的运行速度为每小时200公里。
在正式建造“电梯”之前,当然还要做许多复杂的试验。用碳纳米管制成的纤维要经过各种技术测试,技术人员将检验它在原子氧、高低气压、辐射等各种因素作用下的性能。升降舱和光学设备也要通过一系列测试。此外,太空站上也将进行许多相关试验。
时间表
科学家们对这一切都制定了相关的时间表。在资金有保证的情况下,一切基本工艺流程将于2年后攻克。工艺技术的测试与完善需要3年时间。下一个阶段便是工程建设,建造初级“电梯”(即铺设窄缆带)约需6年,缆带加宽还需2年半。这样,第一个载重量为5吨的“电梯”将于2017年铺设完成。
代价高昂
然而也有不少专家没这么乐观。首先,资金问题尚未落实。铺设第一架“电梯”就需要70亿—100亿美元,而完成整个“电梯”计划约需400亿美元。目前还没有哪个机构或财团愿意投入这么大一笔资金。其二,许多技术难题尚未攻克。如“电梯”如何避免陨星的撞击。再比如,怎样应对狂风的冲击?1米宽的缆带如同一面巨帆,而指望海上不刮大风是不可能的。不过,即使是持悲观论调的科学家也不得不承认,在宇航领域运用缆索运输方式具有光明的前景。目前争论的只是时间问题。美国航天局专家罗伯特·卡扎诺夫认为,第一架太空“电梯”至少要到50年后才可能出现。他同时坚信,缆索运输方式最终将彻底取代火箭运输方式。
卫星试验是太空电梯项目的先驱——卫星可以运送一定的负载到太空站。太空站距离地面超过35000千米,但在太空站中 执行发射任务的费用仅为在地球上执行发射任务的 费用的几分之一。
随着科学技术的发展,人们的生活越来越便利,机械化的程度越来越高。只要是稍高一点的楼层都会安装电梯,电梯在城市中随处可见,节省了我们上下楼梯的时间和体力。
随着人们对太空探索需求的加大,我们经常使用运载火箭。不过,运载火箭的花销巨大,费时费力。如果在太空建造一个电梯,就会方便得多了,而且太空电梯不仅可以运输货物,说不定还可以带人类去太空观光。
实际上,早在19世纪末期,前苏联的科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基就提出了这个想法。后来,俄罗斯和美国也都对太空电梯进行了探索和研究。现在,日本的科学家们正式开始进行太空电梯的试验,并计划到2050年,实现太空电梯这一畅想。
材料应该是个问题,电梯底部到顶部距地心的距离相差很大,物体本身对地球的自转周期也就不同,要让电梯作为一个整体且与地面相对位置固定,电梯底部自然要对上部提供横向的力.
关键是钱的问题,技术上是没有问题的。
可能。
人类在15年内能造出太空电梯的可能有多大,请各位来分析一下?_百度知 ...
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回答:首先从原理上现在人类还没有突破,再一个限制是能源的利用。如果可以,现有的能源技术不足以支持其时光倒流。第三点是成本,如果有也会高达上万亿RMB。
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冻华瑞高: 材料应该是个问题,电梯底部到顶部距地心的距离相差很大,物体本身对地球的自转周期也就不同,要让电梯作为一个整体且与地面相对位置固定,电梯底部自然要对上部提供横向的力.
衡南县13884993133: 有些科学家说15年可以造地球宇宙电梯能成功吗??
冻华瑞高: 还没有发达到这个地步,想要科技发达到高达00的地步,等多百年吧
衡南县13884993133: ...《天堂之泉》的概念原型,建造太空电梯的梦想必将在22世纪实现. D.如果碳纳米管研究有足够资金保证并保持目前势头,那太空天梯在未来15年内交付使... - ?
冻华瑞高:[答案] 1.C(A、B两项为科幻小说中的设想;D项是对太空天梯的非本质介绍). 2.D(它们的导电性仅相当于铜的1%). 3.D(A项,碳纳米管材料纺成纤维的最高级的应用是用作太空电梯的缆索;B项,应用时利用和实现其全部性能的80%,就能获得令人...
衡南县13884993133: 浅谈太空电梯:真的会被造出来吗 - ?
冻华瑞高: 亲爱的楼主: 搭乘电梯直接上太空 这项计划美国日本已经发布、 中国目前还没有相关计划 估计2040年左右会有吧 但是也是未知数 祝您步步高升 期望你的采纳,
衡南县13884993133: 有太空梯吗? - ?
冻华瑞高: 1978,克拉克创作出了包揽星云,雨果两大科幻文学奖项,而其中最闪亮的主角就是太空梯. “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,用它把宇宙连结起来.” —阿瑟·C·克拉克,1978 根...
衡南县13884993133: 人类以后还会发明什么不可思议的东西? - ?
冻华瑞高: 说些可能点的吧:量子计算机,非冯计算机,智能家政机器人,高温超导技术,冲压式空天飞机,无线电网技术,伪永动机,太空电梯,常温核聚变,N2炸弹,活体冬眠. 至于什么人造星球,黑洞武器,像《追光逐影》里的那种,别想了,等十万年也未必能发明出来
衡南县13884993133: 石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料,它的发现使“太空电梯”的制造成为可能,人类将有望通过“太空电梯”进入太空.设想在地球赤道平面内有一垂... - ?
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衡南县13884993133: 石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料,它的发现使“太空电梯”缆线的制造成为可能,人类将有望通过“ - ?
冻华瑞高: A、甲、乙、丙三个物体它们要保持相对的静止必须有相同的角速度,因为三个运动周期都等于地球的自转周期,故A正确;B、因为乙所受的万有引力刚好等于其做圆周运动的向心力,而甲物体所受的万有引力大于其做圆周运动的向心力,丙物体所受的万有引力小于其做圆周运动的向心力,所以乙物体与电梯都没有作用力,甲物体受到电梯向上的力,丙物体受到电梯向下的作用力,故B错误,C正确;D、若乙物体意外与电梯脱离,其将绕地球做匀速圆周运动,故D错误;故选:AC.