03.03 太空电梯究竟是否可行?如果想实现,科学家需要解决哪些难题?

哈喽大家好,上一期栏目中,我们介绍了太空电梯的概念。自从苏联航空专家齐奥尔科夫斯基提出了这个概念后,世界各国的科学家都在认真考虑这个问题。

虽然科学家们一直在思考这个问题,但是他们需要面临的阻碍也非常多。今天,咱们就来说说建造太空电梯需要解决哪些难点。

我们上一期作对比说,太空电梯比当今世界最高建筑哈利法塔高了40000倍。其实,这个对比有些无厘头,因为这样的差距,意味着人类的建设方式几乎是完全不同的,哈利法塔的建筑经验,对于建造太空电梯,几乎没有任何参考价值。

首先,这个电梯的材质,就不能像哈利法塔一样用钢筋混凝土,即使是钢筋也不行,它们太“脆弱”了。尤其是缆绳,即使是钢筋,也不可能胜任。就算有一根三万多米的钢索从同步卫星连接到地面,即使不加任何载荷,都会被自身重力扯断。目前来说,科学家比较看好的是碳纳米管。但是,碳纳米管也不是想用就能用,这个问题,我们下一期再介绍。

另外就是,如果电梯建成了,应该用什么动力来实现升降呢?大致来说,目前科学家有三种选择:第一,采用现代电梯的模式;其次,就是采用火箭的模式点火助推;第三,则是发射激光将电梯“射”上去。这些模式都有各自的缺点,限于篇幅我们就不介绍了。总之,从动力方面,科学家也需要面临很多问题。

即使建造好了,科学家也不能喘息。因为,他们面前还有一个重大的威胁:太空垃圾。欧洲航天局前不久给出了一个数字:目前仅仅能够跟踪到的太空垃圾,就多达2.33万块,尚未发现的更是数不胜数。它们围绕着地球旋转,具有极高的速度。因此,任何一小块如果撞上了电梯,恐怕后果不堪设想。因此,要么我们先想办法把这些太空垃圾除掉,要么提高电梯的牢固性。

而前面说到的海面基站,或许可以在这方面起到作用,科学家指出:海面基站可以随时移动,躲避太空垃圾。不过我对此表示怀疑:太空垃圾速度那么快,而且毫无章法,我们的反应够快吗?

其实,关于太空电梯的文章,我小的时候就看到过。具体内容记不清了,只是隐约记得那一部设想中的电梯,是从地面到月球的。最近我也上网了解了一下,还真有这个说法。不过至少从上面的介绍来看,还是不太现实的,因为月球和地面的相对位置在不断变化,电梯会扭断的。

接下来就是配重的问题。如果你经常使用商场的观光电梯,会发现轿厢后面有一块巨大的金属板,它就是配重。对于一个电梯来说,单纯依靠电力频繁上下行所消耗的能量也是非常多的。为此,电梯设计者非常聪明地加了个配重,当电梯上行的时候,利用配重片的重力绕过定滑轮给轿厢提供一个免费的上升力,可以大幅减少消耗的能量,以及纯电力曳引所导致的磨损。一般来说,配重的重量相当于轿厢满载重量的一半。

对于更高的太空电梯,这个问题就更加凸显。科学家非常聪明,他们提出了一些建议:可以将空间站运送会地球的垃圾或者科学样本作为配重的一部分。另外,太空电梯的配重也不是单纯的金属,或许可以用太阳能电池来代替,既节省了空间,又能起到配重的作用。

难怪根据NASA先进概念研究所(NASA Institute for Advanced Concepts,简称NIAC)的预算,第一座太空电梯的造价可能达到400亿美元——毕竟要解决的问题实在太多了。而随着第一座太空电梯的建成,第二座的造价就会大幅降低了。说真的,看了这么多的困难之后,你有没有和我有一样的感觉:钱才是这里面最好解决的一个……

因此,虽然日本、美国等国的科学家纷纷表示太空电梯可行,还有人说最近几年就可以实现,甚至康奈尔大学的科学家在arXiv发表论文称:利用现有的科技,我们就能实现太空电梯的建造(或者严谨地说,是类似于太空电梯的产品)。但是,至少从目前来看,人类所面临的问题差的不是一星半点。

相比之下,日本建筑公司大林组所提出的2050年的预计时间,看起来还靠点谱,而且可能是最早的时间。

当然,上面的这些难点,从科幻的角度来说,还是可以解决的,那就是像科幻片里那样通过一道光,然后咻,就传送到了。乍听一下,你可能觉得我在瞎扯。我要认真地告诉你,我是很认真地在扯……

谁知道呢,没准未来就有一种科技,实现这种新式的轨道呢。比如太阳帆利用的光压原理,或者其他什么科学原理,建立起一个不需要实物的通道,只需要地面和空间站两端建立相应的设备就可以。

如果真的是通过这种方式,那么显然实现的时间也短不了,因为我们几乎还没有相关的理论支持。

搞不好,当我们具备这样的技术时,人类已经开发出了其他的渠道以进入太空。相信在部分科学家开发太空电梯的同时,也有其他科学家研究更多的方法。

也许,某一天有外星人来了,像科幻电影里一样用一道光就能“咻”地从UFO来到地面,咱们可以问问他们,是怎么实现这个技术的……

当然,人类就是这么不信邪的生物,总是有些人要挑战一下不可能。那么,除了NASA的科学家们,是否还有其他人研发过或者正在研发太空电梯呢?咱们下一期详细说说这个事。