太空电梯升级版:月球表面电缆固定,延伸到地

人类想要在太阳系扩张的最大障碍可能是如何逃避地球引力,采用高能火箭意味着相当高昂的代价,还有什么更便捷的方式吗?


2002年,美国宇航局的的布拉德·爱德华兹博士提出了太空电梯的设想。根据该研究,带有空间站配重的柔韧耐用的电缆可以作为可行的太空电梯。太空电梯允许有效载荷沿着一条从地球延伸到轨道的电缆穿越,并可能以其多种形式提供规避高昂成本的方法。然而现代材料还不足够先进,它们不够坚固,现在难以以建造一根能够支撑自身重量的电缆。


于是现在有科研人员,在现代技术的范围内,提出了太空线路(Spaceline)的想法,这是一个经典的太空电梯替代品。通过把固定在月球上的一条线延伸到地球重力井的深处,人类可以建造一条稳定的、可穿越的电缆,可以让人类及物体从地球附近自由移动到月球表面。利用现有的材料,建造一根延伸到地球静止轨道高度的电缆是可行的,可以方便地在地球和月球之间穿越和建造。


哥伦比亚大学和剑桥大学的研究人员,8月25日在ArXiv预印本论文网站上发布的研究报告中,详细阐述了这一设想。太空线路将锚定在月球表面, 然后像一个铅锤一样落入地球周围的地球静止轨道,等待宇航员抓住它,然后进入宇宙空间。 这篇概念验证论文发现,太空线路可以用目前存在的的材料建造,从而增加了太空旅行的可能性,甚至可能实现轨道定居点。


在该设想下,宇航员不需要火箭飞离轨道,只需要到达太空线路的终点,这样可以减少火箭发射的成本和挑战。一旦它到达空间的真空,那里没有地球重力和大气压力,宇宙飞船到达太空线路的终点站后,与一架太阳能飞船相锁,沿着长长的电缆爬升。这条太空线路将会成为人类宇宙空间基础设施的一部分,就像早期的铁路一样。人员和物资的运送比在深空中采用火箭等其它方式进行要简单和容易得多。


基于任何现有的材料,最早设想中的地球出发的太空电梯都太费力了。地球更强的引力和旋转速度会在缆绳完工之前把它折断。进行这项新研究的工作人员表示,当电缆只与月球相连时,灾难性坍塌的风险将会降低。在该论文中,研究人员多次提议,碳纳米管将是最好的材料,但是它们现在还不能按规模大量制造。


根据该研究的计算,似乎现有的几种材料都可以接受这一挑战。只要找到一种可以大规模生产的最坚固的材料。虽然这是一个很好的设想,唯一需要补充的是,太空线路还需要能够在深空中很好地长久存在。这一点还需要材料科学方面的专家进一步佐证。研究人员经常会考虑超高分子量聚乙烯纤维材料进行计算,因为它们具有一些很好的特性。


至于这条线本身,研究人员考虑了许多形状,最终认为一根两端都极其狭窄的电缆最为合适,这样它就不会在重力压力下坍塌,同时在它的中间加厚以防止断裂。在现阶段的研究中,天文学家没有考虑近地轨道上可能发生的空间碎片碰撞。目前其他一些太空电梯的研究项目同样也面临着这一挑战。


如果一切顺利, 太空线路有朝一日果然设想成真,那么未来的人类可以应用该方式作为轨道望远镜、研究中心;甚至还可以用来建造可以悬停在拉格朗日点的设施, 在这里月球和地球会施加相等却相反的引力。和近地轨道不同,拉格朗日点是最适合建造基地的地方。我们可以想象大量的预制板被送上生产线,组装成一个不断壮大的群体建筑。期待方便快捷的太空线路早日问世。