通向太空的升降機

余家駒

近年來，一個新名詞已變得不再陌生——太空升降機，或稱太空電梯。最初萌發太空升降機的想法距今已有一個多世紀了。1895年，俄國夢想家康斯坦丁·E.茨沃科夫斯基曾設想在圍繞歐洲的軌道上建造一座屬于天空城堡的數千英里高的塔，在繞軌道飛行的城堡產生離心力的作用下，那座塔就被帶上天空。然而，這一想法在那時根本無法實現。鋼是當時最為剛強的材料，但它本身重量太重，無法承受那么重的物體。

日本科學家在1991年發現的碳納米管是一種比鋼的強度還要高許多倍的圓柱體碳分子材料。它的問世將有可能在10至20年內把這一看似無法實現的夢想變為誘人的現實，為此，洛斯阿拉莫斯科學家賴恩·勞伯斯徹博士興奮地說：“我感到太空升降機將成為能通往太空的精典手段。”

從原理上說，太空升降機與常見的樓宇電梯差不多。其核心是建立一條從地球表面伸向太空的“纜繩索道”，纜繩的一端將固定在地球上的一個基點上，另一端將聯結在一個沿空間軌道飛行的衛星上。由于地球引力的作用，這根纜繩被繃得很緊很直以便升降機沿著它上下滑行。作為第一步，是將一顆對地靜止軌道衛星帶著這根被卷成一卷的纜繩發射到太空中去，等衛星進入軌道后，讓纜繩的一端借重力墜落于地球上，另一端則在距離地球3萬6千千米的衛星軌道上，與地球保持相對靜止的位置。

1999年，NASA給物理學家布萊德里·愛德華茲撥款50多萬美元用于研制開發太空升降機。他認為，除了用于制作這根纜繩所需的特殊材料外，其他所有必要的基本技術都已具備，他希望科學家們在未來的幾年內能夠研制出足夠剛強的納米繩來。不久，便傳來了英國劍橋大學阿蘭·溫德爾博士及其同事研制成一種用納米管組成的長纖維織成“納米繩”新方法的消息。他們所使用的碳分子材料的圓柱體納米管的直徑約為30納米，其粗細相當于人發的1/5000?？茖W家承認，研制的新方法只是新工藝的原型，制成的纖維強度暫時不比傳統纖維強太多，但已經看到增加強度的不同方法。如果強度能成功增大10倍，就能使它接近碳纖維的強度，同時這種纖維的生產成本更低，因為它利用更廉價的配料。專家們預計，新方法改進后可以制成強度可與納米管本身強度相媲美的“納米繩”，因此有望用“納米繩”來做太空升降機的纜繩，將乘客和各種貨物運送到空間軌道站上。

愛德華茲估計建造首臺太空升降機的費用約為6200萬美元，以后的建造費用將會減少，每臺約為2000萬美元。他相信，一旦成功，這將使向地球軌道運送材料的成本從每磅10000美元下降到100美元。但是也有人擔憂地面的閃電和颶風以及軌道上的碎片等諸多問題會對升降機構成威脅。對此，愛德華茲表示，他能夠找到合理的解決方案。升降機基地可以是近赤道處的東太平洋上一個活動的海洋平臺，它遠離商業航線且不易受到恐怖襲擊。颶風不會越過赤道，該地區內閃電也非常少見。因為基站可以移動，故而又可避開低軌道上的宇宙碎片。

目前，一個新興的太空升降機產業正在形成，美俄都在緊鑼密鼓地加緊這方面的努力。歐洲太空署委托俄羅斯薩馬拉太空大學建造的一種可以從國際空間站把物品送回地球的裝置，這項工作現已經進入收尾階段。這部太空電梯的主要原理其實并不復雜。裝有貨物的太空艙通過一根30千米長的特別牢固的纜繩送回地球。雖然纜繩很長，但其重量不會超過6千克，需要用特別材料制成。進入大氣層后，纜繩會燃燒，貨物接著依靠氣球繼續緩緩地落向地球。 就目前而言，因耗資巨大，研制這樣的太空電梯沒什么經濟利益可言，一旦所有難題都得以解決后，其各方面的收獲將是相當巨大的。

【責任編輯】蒲暉