书城科普读物神秘的太空世界丛书:飞向月球
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第19章 开发月球的设想(5)

多用途运输工具既是运输车,也是具有某种功能的月球机器人。这类运输工具由月面航天员遥控,有轮式运输车、履带式牵引车等,它们主要承担月面运输任务。如果需要还可以增加附加设备,扩大功能,如增加铲子可以作为铲车,增加挖掘设备可以开挖基坑,还可以增加移走岩石的绞盘,切割月岩的装置等完成多种任务,它们在月球基地建设中将发挥重要作用。

月球缆车

还有一些科学家提出用月球缆车、月球铁路等交通工具来承担月面运输任务。月球缆车是在月面特定地区使用的一种运输工具,缆车安装的轮子沿固定的索道滑行,在固定的月面两地点间往返运行。知识点世界上第一台无人驾驶的月球车

无人驾驶月球车由轮式底盘和仪器舱组成,用太阳能电池和蓄电池联合供电。这类月球车的行驶是靠地面遥控指令。

1970年11月17日,前苏联发射的“月球17”号探测器把世界上第一台无人驾驶的月球车——“月球车1”号送上月球。此车约重18吨,在月面上行驶了105千米,考察了8万平方米的月面。此后前苏联送上月球的“月球车2”号行驶了37千米,并向地球发回了88幅月面全景图。

地月之间如何运输

建设月球基地,需要频繁地进行登月飞行和向月球基地运送器材、设备、生活补给品,以及接送航天员往返于地月之间。目前,空间运输成本高昂,因为目前的运载火箭和飞船都只能一次性使用,如何实现低成本运输,是航天工程师和月球科学家共同关注的问题。

为了降低地月运输成本,研制可重复使用的火箭和飞船是一个重要发展方向,但在今后相当长的一个时期内,火箭和飞船依然是地月运输的重要工具。根据这种情况,科学家们提出了降低地月空间运输成本的新设想。

科学家设想中的月球着陆器第一种设想:利用空间“摆渡”船首先用运载火箭把物资和人员分几次运往近地轨道,然后利用空间“摆渡”船,把物资和人员运往月球。空间“摆渡”船专门承担地月轨道之间的运输任务,并可重复使用。在月球轨道上,还需设置一种专用的月球着陆器,任务是把进入月球轨道的物资和人员安全地送往月球表面。这样由运载火箭、空间“摆渡”船、月球着陆器三者共同组成一条地月交通运输线,它们各自在自己的轨道上往返飞行,而不是运载火箭直接将货物和人员从地球运到月球,从而使飞行成本大幅度降低。

法国数学家和力学家拉格朗日根据这种运输方式,在月球轨道上应该有一个能容纳多名航天员的小型空间站,作为地球和月球之间交通运输的一个中转站。这个中转站还可以承担月球基地“急救站”的作用,一旦月球基地发生紧急情况,航天员可以及时撤离到月球空间站,然后再从月球空间站飞回地球。建造这种小型月球空间站,可以使用废弃在太空和月球轨道上的燃料储箱。燃料储箱都是一些大圆筒,对这些大圆筒进行改装,再一个一个地接起来,就可以形成简易的月球轨道空间站。

第二种设想:设立“拉格朗日点”中转站。

这里先介绍一下拉格朗日点的概念。

地月空间存在的一种特殊的点。在这个点上地月两大天体的引力相互抵消,位于这一点上的物体可以相对保持平衡,如果给一个小的推力,就能使物体按推力方向运动,这种特殊的点是法国数学家和力学家拉格朗日发现的,因此称拉格朗日点。在地月系统中,理论上存在5个拉格朗日点,其中L1点位于距地球323110千米的位置上。

设想中的太空电梯先将飞船发射到位于拉格朗日点的中转站,然后在这里加注在月球上生产的推进剂,与此同时,从月球上发射L1—月球往返运载器来接应飞船,将航天员或建设月球基地物资从中转站运送到月球。这样,飞船离开地球时就不再需要携带用于月面着陆和起飞返回的推进剂,也不需要携带登月舱,因此飞船的质量可大大减轻,地、月空间运输成本就可大大降低,由于月球没有大气,L1—月球往返运载器应是可重复使用的航天器。

第三种设想:太空电梯。

“太空电梯”的原理很简单,它的主要部件是缆索,将其一头固定在地球表面,另一头伸向太空,当缆索的重心位于地表36万千米的高度时,它所承受的地球引力和离心力达到平衡,缆索便会耸立空中而不倒,这个高度也就是地球同步轨道的高度;或者从距离地面36万千米的静止轨道卫星向地面垂下一条缆索,为了取得平衡,避免静止卫星因电梯太重被拉回地面,在卫星的上面还要架设另外一条缆索,上半部分的缆索悬浮在太空中,以缓解太空电梯承受的地球引力,这样,电缆的总长度将达到10万千米,为地球和月球距离的1/4。沿着这条缆索修建往返于地球和太空之间的电梯型飞船。

太空电梯示意图目前进入太空的主要运载工具是火箭,火箭要摆脱地球引力需要消耗大量燃料,无论是液体还是固体火箭,所携带的燃料都要占到火箭总重量的90%以上,并且多为一次性使用。然而“太空电梯”不需要动用大量燃料,且可重复使用,因此建成之后的运行费用很低,可用于向空间站运送人员和货物,然后再转运到月球。

现在的关键问题是如何制造这根10万千米的缆索。从理论上计算,制作这根缆索的材料强度必须达到钢铁的180倍之上,目前的技术尚无法实现。随着纳米技术的发展,科学家不断开发出质量轻、强度高的碳纳米管纤维材料,现有的此类纤维材料强度已经达到了所需强度的近1/4。另据报道,最近美国哥伦比亚大学两名华裔科学家李成古和魏小丁(音译)首次研究证实,石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料,它比钻石还坚硬,强度比世界上最好的钢铁还要高100倍。石墨是由无数只有碳原子厚度的“石墨烯”薄片压叠形成,“石墨烯”是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料,是碳的二维结构。如果能找到将石墨转变成大片高质量石墨烯薄膜的方法,则太空电梯缆索的研制有望获得突破。

登月对宇航员有哪些要求

中国科学家正筹划在2020~2025年使“嫦娥工程”的登月神话成真,那么相比遨游太空,登月的宇航员将有哪些更多的要求呢?其实登月的宇航员的基本要求和现在宇航员是一致的,因为在太空和在月球都是处于失重状态,所以对于宇航员的基本素质和训练项目不会有太大出入。现在中国训练的宇航员完全能够胜任登月的要求,只不过登陆月球的宇航员要加上对月球环境的适应训练和对月球基本知识的掌握。不过,从地球和月球间来回一趟就得要两个星期,加上在月球上时间就更长了,届时在选拔航天员时要求其有较好的心理素质就显得尤为重要。

知识点太空电梯建造历程

1970年,美国物理学家皮尔森最先提出建造“太空电梯”的设想。

2000年,美国航空航天局曾对“太空电梯”作出乐观评估,声称“在未来50年左右,我们就可能开始建造,需要的只是一些研究和一点运气”。

2002年底,美国媒体对西雅图一家电梯公司进行了报道,这家公司正进行“太空电梯”项目。他们甚至“初步考虑‘太空电梯’将用纳米材料制成”。据称唯一的阻力是费用太高。

2003年9月15日,70多位科学家和工程师在美国探讨“太空电梯”计划,提出在至少一个世纪内将“太空电梯”变成现实,使之用于发射卫星和飞船,甚至将人类直接送上太空。