取代火箭的太空电梯
一家美国私人公司,在美国亚利桑那州的沙漠,利用高强度的碳纤材料成功地搭建起了这样的一个初级太空电梯。当然,这样的电梯远非我们所习惯搭乘的那种厢式电梯,而是只有一根从空中悬垂而下的简单绳索。正是借助于这根绳索,人们希望能够构建一个通向空中的轨道,不仅能够运送一些小物品,将来还能够运送成吨的货物直至运送宇航员前往太空。
在试验中,这家公司的试验人员利用三个气球成功的悬垂起了一根长达一英里的利用碳纤材料等复杂工艺制成的“绳子”。虽然当绳子被悬垂在空中时看起来似乎“弱不禁风”,但实际上它是由三层碳纤复合材料夹在四层玻璃纤维材料中制作而成的。不过整根绳子似乎更像个长长的纸条——其截面并非是圆形的,而是有5厘米宽,但厚度只有大约6张普通纸那般厚。
实际上,“天梯”梦不仅仅只是一个异想天开般的奇思妙想,而是一个已经经过许多科学家为之反复论证研究了长达半个世纪的创意。
早在1960年,前苏联工程师尤里·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。例如着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象——10万千米,约相当于地球到月亮距离的三分之一。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旋转一样。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3.6万千米的高度时,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50千米长的钢索悬挂空中,其自身的重量就足以将它拉断。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百千米,这个长度可达到近地轨道。然而对于太空升降梯来说,数百千米甚至数千千米也是远远不够的。设计人员想尽办法也无济于事。“电梯”计划也就此搁浅。