太空電梯:它們如何工作?
通過安迪·達恩利
太空電梯的概念可能看起來像是科幻小說情節中的情節。然而，數百年來，科學家們一直在考慮如何將這一概念變為現實。1895年，一位名叫康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基的俄羅斯科學家研究了埃菲爾鐵塔，並有了一些新想法。這座巴黎建築讓他產生了從地麵向空中延伸的塔樓的想法。齊奧爾科夫斯基的想法有些部分很初級，但這個基本概念一直在激勵著科學家。
在過去的100年裏出現了一些新的想法，比如電梯電纜所需的材料，以及使用配重來幫助處理重力和離心力。1979年，亞瑟·c·克拉克寫了這本書天堂的噴泉這部小說記錄了在山頂建造太空電梯的過程。克拉克小說之後的其他作品也在情節中加入了太空電梯。隨著20世紀90年代強碳納米管的發明，科學家們開始懷疑太空電梯是否真的可能實現。
為了激勵太空電梯的開發和設計，已經舉行了競賽。一家名為LiftPort Group的公司甚至正式宣布，計劃開始建造開發太空電梯所需的材料。不幸的是，這家公司後來倒閉了。
為什麼科學家想要建造太空電梯?
探索太空對科學家有很強的吸引力。然而，一些限製使太空探索具有挑戰性。通過火箭將宇航員送入太空非常昂貴。火箭本身對環境也不友好。火箭的碳排放已經被標記為對氣候變化有潛在影響。相比之下，太空電梯可以以更低的成本、更安全的方式將人和物品送入太空，對環境的負麵影響也更小。
它將如何運作?
太空電梯將包括一個固定在地麵上的纜繩，並伸展到太空中。在電梯的頂部，有一個平衡物可以使纜繩保持緊繃。由於地球緩慢旋轉，離心力實際上是將纜繩固定在太空中的原因。離心力將幫助保持係繩對齊和拉伸在一個緊繃的位置。然而，在地麵上係繩的位置將是一個重要的因素，因為離心力的強度取決於相對於地球的位置。汽車或攀登者將連接到係繩上，一個動力源將使它們上下移動。
設計一種為登山者提供動力的方法一直是一項挑戰，因為大多數動力來源都會給汽車增加太多重量。為登山者提供電力的一種可能技術是從地麵發射一束光，這束光可以轉化為電力。登山者移動得比火箭還慢。然而，這種運輸方式的好處是，如果沒有強烈的重力和炸藥推動登山者進入太空，它會更平穩。
能做到嗎?
雖然許多科學家對太空電梯的可能性感到興奮，但也有人對這一項目的成功持悲觀態度。電纜的長度是這個項目的主要挑戰。科學家估計，這條電纜需要大約22000英裏長才能延伸到地球同步軌道。延伸到地球同步軌道將是必要的，以確保平衡重量匹配地球的旋轉速度。電纜的強度是另一個繼續困擾科學家的問題。使用碳納米管聽起來似乎是可行的，但科學家們還沒有弄清楚如何用碳納米管構建所需長度的結構。
另一個令人擔憂的問題是，太陽風可能會產生不可預測的振動。這些陣風可能會使太空電梯不穩定和危險。目前的技術還不能使科學家們解決這些潛在的嚴重問題。然而，隨著新技術的不斷研究和發展，太空電梯在未來可能成為可能。