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我国下一年给太空通网。网友通往太空的电梯啥时候能建答案来了

2020-01-14

本文概括自《知识就是力气》杂志、央视新闻

我国下一年给太空通网!

据央视新闻报道,

我国首个天基互联网系统——

“虹云工程”将于下一年投入演示运用。

央视新闻:我国首个天基互联网系统下一年投入运用

消息一出,

不少网友纷乱点赞:厉害了我的国

也有网友发问:

太空都能上网了,人何时能搬上去?

那怎样去太空呢?

你的第一反应是不是搭火箭?

在未来,或许会有更便利的办法。

那时你只需走进电梯,按下按钮,

就可以直接升入太空了!

那么问题来了,把电梯送上太空需求几步?

Step 1

具有一个太空旅游梦

早在1895年,太空电梯的概念就由苏联科学家,航天学之父齐奥尔科夫斯基提出。他受当时新建的埃菲尔铁塔的启示,初步认为,假设该塔可以制造到3.6万千米的高度,那么它将直接进入地球中止轨道,因此不需求火箭就可将国际飞船送入太空。

虽然太空电梯造价宝贵,但建成之后的作业费用会比运载火箭低两个量级,且可以24小时连续作业。英国的一项测算闪现,用太空电梯运送1个人和货品的费用相当于航天飞机运费的0.25%。齐奥尔科夫斯基提议在地球中止轨道上制造一个太空城堡,和地上用一根缆绳联接起来,然后便可以像电梯相同向太空运送人和物。

Step 2

规划电梯的结构

要组装一个往来于国际间的电梯都需求什么零件呢?其实我们我们可以以一般的电梯为模范来考虑,那么太空电梯主要由4个部分所组成,即地上基座、缆绳轨道、载人舱和空间站,布局也与一般电梯相似。

太空电梯组成示意图

基座

基座绝大多数都是在赤道上,前文我们提到过,关于太空电梯开端的幻想就是将电梯的另一端设置在地球同步轨道上,由于这样的话,以地球同步卫星为电梯另一端时,垂下的距离最短,这种叫“固定式”。此外还有人提出“飘移式”,这样基座就无须在赤道上了。

缆绳

缆绳,或许称之为缆带更为适合,由于现在的规划都倾向于运用一条扁长的“缆绳”。由于考虑到受力和节省重量等原因,这条缆带的粗细也会是改动的——在地球同步轨道处,缆带所承受的拉力是最强的,因此缆绳在这里最粗,然后向两端变细。现在我们公认阻挡太空电梯展开的最大要素是缆带的质料问题。

载人舱

载人舱也就是相当于电梯轿厢的部分。太空电梯终究不是传统电梯,从天上垂一根超长的绳子下来把电梯吊上去是不太可能的,因此需求电梯自已想办法爬上去。现在,关于“爬上去”有两种主见:一是在载人舱上装上电动机,但是需求电力,这也会增加载人舱的重量;二是运用光能推动载人舱上升,但这不会是一般的光可以完结的,恐怕需求开发更强的光能。

太空天梯的载人舱相似一般的电梯轿厢

空间站

空间站是有必要的,就像你假设只旋转一条绳子的话很难转起来,但在结束加一个小球就很简略了。事实上,志向的太空站不是放在同步卫星轨道上,而是更高一点的方位,这样做才可以使整条缆绳和太空站的重心正好在地球同步轨道上,因此才不会发生违反。

Step 3

打败这些物理难关

太空电梯原理的要害是离心力,实践运用的要害是材料强度。

离心力问题

想想过山车,过山车上升到最高点时,里面的乘客是头朝下的,但不会掉下来,为什么?由于离心力抵消了你遭到的重力!

相似的还有一个幽默而形象的比方:一个人抓住绳子的一端,绳子另一端系着一颗球,他使绳子摇摆成一个圆圈。在绳子挨近他手心的一端,一只蚂蚁沿着绳子爬向系球的一端,只需它不断向前爬,就可以抵达那个小球上,而不需求火箭相同的助推力。这就是太空升降机的原理。

假设太空电梯的顶端离地球够远,翻滚的线速度够快,那么天梯的顶端就不会掉下来,反而有必定的概率会被甩出去。我们的太空电梯系统由缆绳联接空间站,然后整个系统通过地球的自转甩起来,在3.6万千米外的太空舱的切向线速度几乎是26.7万千米/天。只需甩得够快,缆绳就会是绷直的,当然此时的缆绳要遭到巨大的剪切应力和沿绳的拉伸力。比较志向的情况,就如前面说的,是找到一个适合的高度,使电梯系统遭到的离心力略大于重力,这样既可以坚持缆绳垂直,又不至于由于离心力太大将电梯甩出去。

缆绳材料问题

制造太空电梯最大的应战,在于找到制造电梯缆绳的材料。一根一般的钢丝从9千米的高空中垂下来会被自重拉断。3.6万千米外的太空舱的切向线速度约为26.7万千米/天。假使太空舱和20名乘客的质量为12000千克,那么忽略掉缆绳的质量,缆绳的拉力估计有25万牛顿的力。此外由于高速运动的物体在通过大气层时会由于抵触生热,所以在规划太空电梯的过程中,还要充分考虑到运用耐高温、高强度的材料。

而碳纳米管的发现,让人们燃起了希望。碳纳米管的柔韧性强、质量轻,纤细且强度可与金刚石比美,并且可制成纤维。据测算,一根宽1米、薄如纸的纳米管缆带,能支撑13吨的重量。

碳纳米管可能是太空电梯成为实践的要害

2018年,清华大学的研讨团队研发了一种高强度的纤维。他们用仅1立方厘米的碳纳米管制成的纤维就能承受160头大象的重量且不会开裂,而这根小小的缆绳仅重1.6克。碳纳米管是由碳原子组成的圆柱形分子,这些碳原子联接成六边形,直径仅为1 纳米。其抗拉强度是已知任何材料中最高的,理论上高达 300千兆帕斯卡。

希望未来通过科学家和工程师们的幻想、证明和实践,跟着太空电梯这一技术的完善,我们也可以安全地进入外太空。回望一眼蓝色的星球,这应该是一种令人兴奋不已的领会!

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