震驚:《三體》構想成真,搭電梯去太空或從科幻變現實(shí)

 

  “女士們,先生們,歡迎大家搭乘太空電梯。我們第一站將抵達月球平臺,整個(gè)行程需要5小時(shí),請大家在享受整個(gè)旅程之前系好安全帶并坐好。太空電梯上升的過(guò)程中,大家可以欣賞玻璃窗外的景色,比如地球的球面變化以及天空將從深藍色變成黑色,這應該是你看到的最為激動(dòng)人心的景觀(guān)之一……”

  這聽(tīng)起來(lái)像科幻小說(shuō)里的一個(gè)章節,但它或許某天將成為現實(shí),因為現在科學(xué)家們正在考慮下一個(gè)遙遠的太空運輸系統——太空電梯。

  太空電梯,100多年前就被提出

  在《圣經(jīng)·創(chuàng )世紀》中有這樣一則故事——地面與天空用“天梯”連接,人可以通過(guò)“天梯”往返天地之間。雅各布做夢(mèng)沿著(zhù)登天的梯子取得了“圣火”。后人便把這夢(mèng)想中的梯子,稱(chēng)之為雅各布天梯。

  而太空電梯的概念最早在1895年提出。當時(shí),俄羅斯火箭專(zhuān)家齊奧爾科夫斯基從巴黎的埃菲爾鐵塔得到靈感,大膽提議從地球的表面到其靜止的軌道高度建一個(gè)“獨立的塔樓”,并通過(guò)一條纜繩和一個(gè)電梯艙,將“塔樓”與地面連接起來(lái),這樣太空飛船就可以不通過(guò)火箭發(fā)射進(jìn)入軌道。不過(guò),當時(shí)看起來(lái)簡(jiǎn)直是天方夜譚,甚至有人嘲諷他不如“改行去寫(xiě)科幻小說(shuō)”。

  不過(guò)自從太空電梯的概念被提出后,確實(shí)也成為了科幻小說(shuō)中常見(jiàn)的創(chuàng )作元素。1978年,被譽(yù)為現代科幻三巨頭之一的阿瑟·克拉克,就曾將這一設想寫(xiě)進(jìn)了他的科幻巨著(zhù)《天堂之泉》(Fountains of Paradise)。這部小說(shuō)描繪了在一座熱帶島嶼上,人們可以通過(guò)落在赤道上的一座天梯前往太空觀(guān)光或運送貨物。

  2015年世界科幻小說(shuō)最高獎“雨果獎”的獲得者劉慈欣,在其科幻著(zhù)作《三體》中,也多次提及太空電梯。其中有這樣一段描述:

  “所有的太空電梯都只鋪設了一條初級導軌,與設計中的四條導軌相比,運載能力小許多,但與化學(xué)火箭時(shí)代已不可同日而語(yǔ),如果不考慮天梯的建造費用,現在進(jìn)入太空的成本已經(jīng)大大低于民航飛機了?!?/p>

  不光在文學(xué)界,在現實(shí)社會(huì )中太空電梯也激發(fā)了科研人員的興趣。特別是隨著(zhù)人類(lèi)探索太空步伐的加快,科學(xué)家逐漸沉下心來(lái)思索,能否將太空電梯變?yōu)楝F實(shí)?

  “我喜歡這個(gè)異想天開(kāi)的創(chuàng )意,”倫敦大學(xué)學(xué)院高度、空間和極端環(huán)境醫學(xué)中心創(chuàng )始人凱文·方在接受BBC新聞的采訪(fǎng)時(shí)說(shuō):“我能理解人們?yōu)槭裁幢惶针娞莸母拍钗?,如果我們能以廉價(jià)和安全的方式進(jìn)入太空,整個(gè)太陽(yáng)系就會(huì )成為我們的囊中之物?!?/p>

  找到制造材料是最大挑戰之一

  太空電梯之所以能點(diǎn)燃各國的研究熱情,成本方面是主因。據國際宇航科學(xué)院(IAA)報告統計:一旦太空電梯建立,攜帶負載進(jìn)入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元,這省下的可是一筆天文數字。

  為此,目前日本、美國、加拿大等國已有數個(gè)太空電梯項目在加快步伐執行。

  △加拿大公司Thoth設計的充氣太空電梯

  那么在現實(shí)中要建造太空電梯,挑戰在哪里呢?

  根據科學(xué)家們的設想,太空電梯其主體由5部分構成:地面基座、纜繩、電梯艙、太空站和重量平衡器。

  其運作模式大致如下:從距離地面3.6萬(wàn)公里的地球同步衛星上“拋”下一根纜繩下垂至地面基站,在引力和向心加速度的相互作用下,纜繩被繃緊;電梯艙則沿著(zhù)纜繩往來(lái)運輸人和物;此外,為保持平衡,在太空站遠離地球的另一側也要架設數萬(wàn)公里的纜繩索道,并在纜繩末端連接一個(gè)重量平衡器。整條纜繩全長(cháng)約為10萬(wàn)公里,相當于地球到月球距離的約1/4。

  從哥特式大教堂到摩天樓再到太空電梯,在建造任何高層建筑時(shí),堅固度和平衡重心都是兩大關(guān)鍵。不過(guò)直到現在,可用于制造太空電梯所需繩索的材料仍屈指可數。

  2014年,Google X的快速評估研發(fā)團隊也開(kāi)始太空電梯的設計,但最終發(fā)現沒(méi)有人制造出超過(guò)一米的完美的碳納米管鏈。因此他們決定把這個(gè)項目“深度凍結”。

  由此來(lái)看,建造太空電梯最大的挑戰之一,在于找到制造電梯纜繩的材料。一根普通的鋼絲從9公里的高空中垂下來(lái)會(huì )被自重所拉斷。好在碳納米管的發(fā)現,讓人們又重新燃起了希望。細小且強度可與金剛石媲美的碳納米管,居然柔韌性極佳,并且可制成纖維。據測算,一根寬1米、薄如紙的納米管纜帶,就能支撐13噸的重量。

  2014年9月,美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的化學(xué)教授約翰·巴丁在《自然材料》上發(fā)表文章稱(chēng):他們研發(fā)出超細、超堅固的納米線(xiàn),比之前發(fā)現的碳納米管更堅固和牢靠?!拔覀兊募{米線(xiàn)就像是一個(gè)由尺寸最小的鉆石串成的微型項鏈,其中一個(gè)最瘋狂的夢(mèng)想就是用于制造超級堅固的輕型繩索,讓打造太空電梯的夢(mèng)想成為現實(shí)?!卑投≌f(shuō)。

  當前,太空電梯不再被認為是一個(gè)“超前命題”,這個(gè)項目逐漸被美國NASA,歐洲航天局(ESA)等研究機構所接受。而且隨著(zhù)新材料科學(xué)的發(fā)展,太空電梯開(kāi)始從幻想走進(jìn)現實(shí),不再是那么遙不可及。

  也許一旦太空電梯運用后,太空旅行將成為我們日常生活的一部分,就像石器的發(fā)展打開(kāi)了人類(lèi)祖先廣闊的新棲息地,并改變人類(lèi)生活方式,未來(lái)的太空電梯或許也將改寫(xiě)人類(lèi)的命運。





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