日本測試“太空電梯” 太空旅行有多遠(yuǎn)？

2050年或?qū)⒔ǔ商针娞?，可將乘客帶?.6萬千米高空旅行

新京報(bào)訊 搭乘電梯直通太空，聽起來像是科幻小說的情節(jié)，但是日本科學(xué)家正努力將此變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。本月日本將進(jìn)行迷你版太空電梯實(shí)驗(yàn)，這將是世界首個(gè)測試電梯在太空中運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。日本科研團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是2050年建成太空電梯，屆時(shí)將乘客帶到3.6萬千米的高空旅行。

用碳納米管制作纜繩連接地面和太空

據(jù)日媒《每日新聞》報(bào)道，日本靜岡大學(xué)工學(xué)部的科研團(tuán)隊(duì)與日本建設(shè)公司大林組合作開發(fā)了迷你版太空電梯，將視天氣情況在本月進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。負(fù)責(zé)研發(fā)的日本靜岡大學(xué)教授能見公博表示，實(shí)驗(yàn)將用一段10米長的鋼制纜繩，連接2顆邊長為10厘米的小型立方體衛(wèi)星。這2顆衛(wèi)星將搭乘H2B火箭7號機(jī)從鹿兒島縣種子島宇宙中心前往國際空間站。在纜繩上，研究人員將嘗試?yán)秒姍C(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)模擬電梯升降艙的盒子，使其在纜繩上來回移動(dòng)。安裝在衛(wèi)星上的照相機(jī)將會記錄，盒子如何在實(shí)際的宇宙空間中移動(dòng)，以此測試太空電梯模型的可行性。靜岡大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示，雖然是迷你版太空電梯實(shí)驗(yàn)，但如果能夠在宇宙空間確認(rèn)運(yùn)行情況，將會成為實(shí)現(xiàn)構(gòu)想的第一步。

參與太空電梯實(shí)驗(yàn)的日本建設(shè)公司大林組還在單獨(dú)推進(jìn)研發(fā)工作。據(jù)大林組公司網(wǎng)站介紹，他們構(gòu)想用碳納米管制作纜繩，6組升降電梯依靠電動(dòng)機(jī)在其上運(yùn)行，升降艙將建成直徑為7.2米的雞蛋狀，可承載30人。電梯從地面出發(fā)，預(yù)計(jì)8天到達(dá)空間站。該公司評估這一套太空電梯系統(tǒng)大約需要20年的建造時(shí)間，耗價(jià)約10萬億日元。大林組的太空電梯研發(fā)組負(fù)責(zé)人石川洋二接受《朝日新聞》采訪時(shí)表示：“太空電梯從理論上來說可以實(shí)現(xiàn)。未來，太空旅行將盛行。”

太空電梯將大大節(jié)約太空運(yùn)輸成本

太空電梯的想法最早由俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基于1895年提出，他提議在地球靜止軌道上建設(shè)一個(gè)太空城堡，用一根纜繩將地面與城堡相連，以此實(shí)現(xiàn)太空運(yùn)輸。1979年英國作家阿瑟·克拉克將這個(gè)概念寫入了科幻小說《天堂的噴泉》，引起了公眾的廣泛關(guān)注。在科幻作家劉慈欣的作品《三體》中，也有關(guān)于太空電梯的描述。其實(shí)太空電梯的基本原理就是，用一條長纜繩，其一端固定在地球上，另一端固定在地球靜止軌道(距離地面約3.6萬千米)上運(yùn)行的航天器或者空間站上，在引力和向心加速度的相互作用下，纜繩會繃緊，一個(gè)類似于電梯的升降艙在纜繩兩端上下運(yùn)動(dòng)。

本世紀(jì)初，隨著新材料的不斷出現(xiàn)，太空電梯的構(gòu)想不再那么遙不可及，來自美國、日本、俄羅斯等各國的科學(xué)家紛紛開始探索，因?yàn)橐坏┙ǔ蓪⒋蟠蠊?jié)約太空運(yùn)輸成本。日本是最積極的國家之一，10年前就集結(jié)了各路專家組成“日本太空電梯協(xié)會”，對此展開研究。2013年，日本教授青木義男試制的“登山者”電梯在富士山山麓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電梯成功升到了地上1200米的高度。但由于日本法律的限制，不可進(jìn)行更高海拔高度的測試。日本太空電梯協(xié)會會長大野修一認(rèn)為，太空電梯將是人類探索太空資源的必要工具。

釋疑1

太空電梯比火箭有何優(yōu)勢？

人類現(xiàn)在進(jìn)入外太空只能依靠火箭運(yùn)輸，不僅運(yùn)輸成本高昂，而且會對地球環(huán)境造成影響。據(jù)彭博社，目前的國際商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射中，每千克荷載的運(yùn)輸成本約2.5萬－4萬美元之間。日本建設(shè)公司大林組預(yù)估，太空電梯建成后，每千克荷載的運(yùn)輸成本約為200美元。

中國航天科工集團(tuán)第二研究院研究員、國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會秘書長楊宇光說，如果太空電梯建造成功，意義絕對不局限于太空觀光旅游。首先，人類現(xiàn)在進(jìn)入太空最大的障礙就是成本過高，太空電梯能近乎百倍地降低費(fèi)用。這樣的話，人類可以把大量的物資運(yùn)入太空。其次，太空電梯更加安全?；鸺仨氁詷O高的速度進(jìn)入太空，面對的環(huán)境極其惡劣，而且對宇航員來說也非常危險(xiǎn)。如果搭乘太空電梯，可以非常平穩(wěn)地進(jìn)入太空。

釋疑2

建造太空電梯有何難點(diǎn)？

太空電梯概念提出已有100多年，至今仍未實(shí)現(xiàn)，這個(gè)項(xiàng)目在實(shí)際操作中究竟存在多大的困難？據(jù)世界科技研究新聞資訊網(wǎng)(PHYS.org)，太空電梯的重要組成部分是纜繩，而纜繩的材質(zhì)問題是建造過程中首先遇到的障礙。雖然碳納米管的誕生帶給科學(xué)家很大的希望，它的強(qiáng)度是鋼鐵的20多倍，但是目前制作碳納米管的技術(shù)還比較差。

天體物理學(xué)博士、科普作家孫正凡表示，建造太空電梯在材料、動(dòng)力、維護(hù)、成本等方面都存在困難。我們現(xiàn)在對材料有各種設(shè)想，包括碳納米管，但是如何把這些材料打造成符合太空電梯長度、強(qiáng)度、重量比要求的纜繩，還是個(gè)未知數(shù)。日本進(jìn)行迷你版太空電梯實(shí)驗(yàn)，可以通過檢驗(yàn)這個(gè)模型來考察理論與實(shí)際存在多大的差距。短期內(nèi)還無法實(shí)現(xiàn)構(gòu)想，但是科學(xué)技術(shù)的突破是無法預(yù)見的，必須一步一步地進(jìn)行可行性實(shí)驗(yàn)。

楊宇光表示，除了材料之外，太空電梯建造過程中還需要考慮如何躲避太空碎片的問題，以及可能會有其他衛(wèi)星撞上來，最終可能會發(fā)生電梯被撞斷裂的情況。另外，地球的轉(zhuǎn)動(dòng)并不是完全規(guī)則的，因此太空電梯隨之運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可能遇到各種問題。

釋疑3

實(shí)現(xiàn)太空電梯還要多久？

日本科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行太空電梯的實(shí)驗(yàn)備受矚目，很多人甚至開始幻想乘坐電梯進(jìn)行太空觀光的場景。不過，以目前的進(jìn)展，太空電梯究竟什么時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)？

楊宇光表示，日本科學(xué)家目前所做的實(shí)驗(yàn)只能說是和太空電梯的相關(guān)技術(shù)沾邊，距離真正實(shí)現(xiàn)還很遙遠(yuǎn)。因?yàn)槿祟惸壳斑€沒有找到在工程上可行的方案。如果未來某一天有革命性技術(shù)出現(xiàn)，開發(fā)出了新的材料，它的強(qiáng)度比碳納米管還要高上萬倍，那么建造太空電梯就比較容易了，但是現(xiàn)在無法預(yù)見。也有人提出在其他星球建造太空電梯，這也是有可能的，但是現(xiàn)在所有的研究都是一種概念研究，完全貼近工程的研究還沒有。

楊宇光指出，即使無法實(shí)現(xiàn)3.6萬千米的太空電梯，如果能夠在地面建造一座一二百公里高的高塔，也是非常有意義的。因?yàn)閺牡孛孢\(yùn)送物體去太空需要穿過大氣層，這個(gè)過程復(fù)雜且代價(jià)高昂，如果火箭不從地面起飛，而是通過高塔上升到百公里的高度起飛，不僅節(jié)省燃料，而且起飛的環(huán)境也改善了，那樣就變成了真空環(huán)境。建造這樣一座高塔相比于太空電梯來說更容易，但是目前還實(shí)現(xiàn)不了。

本版采寫/新京報(bào)記者 陳沁涵