太空繩

當人類起初考慮要在月球和地球之外的其他星球上定居時，他們可能不會想到用現代火箭技術。相反，太空旅行和定居可能會依賴于一項在有歷史記載以前就發明的技術——繩子。

怎樣只用繩子就能推動物體穿越太空呢?讓我們先考慮兩種情景：第一種情景是兩個人造衛星用一根粗粗的繩索連著，其中一個衛星可以用這根繩子把另一個扔到另一個軌道，就像是獵手用彈弓投擲石塊一樣。這一理念可以用來把一個有效載荷發送到月球或者更遠的太空。第二種情景是如果繩子是一根能導電的電線，通電后它將會與地球的磁場相互作用從而產生推動力。動量轉移和電力學就是利用這兩種情況的優點來進行運動的。不用消耗大量的推進劑，它們的工作原理僅僅是從一個已經在軌道中運行的物體上獲取一點動能，或者是使用太陽能電池板提供的電能。迄今為止，有17次太空任務已經使用到了繩子，其中大多數任務都圓滿成功，但是普通大眾僅僅知道其中的兩次失敗的任務。在1992年，意大利航天局本打算把一個自己建造的人造衛星，在其離開地球后把它向上拋向太空，這顆人造衛星起初是被一根用絕緣銅線做成的長繩子連接在“亞特蘭蒂斯”號航天器上的。但是后來線軸機卡住了，導致實驗失敗。4年后，美國航空航天局進行了另一次嘗試。在那次任務中，當繩子伸展到20千米時，航天器在地球磁場的穿梭運動使航天器上的繩子設備具有了3500伏的電壓。此外。意大利人造衛星有一個通向電離層的電力管道，這使得安培級的電流可以通過繩子。這個實驗說明這種電動繩子可以把航天器的動能轉化為千伏電力，反之亦然。然而不幸的是，繩子上的絕緣部分存在一個缺陷，使得帶有高功率的電弧從繩子上跳到了調度裝備上，而且電弧也燒壞了繩子。不過盡管這次破壞使得項目的電動部分被迫中止，但是它卻無意中表現了動量是如何轉移的。當時，意大利人造衛星在航天器上空20千米的地方，在力的推動下，它正以高于軌道速度的速度向更高的地方飛去。不過結果卻是，當繩子被燒斷后，過多的動能使得人造衛星被推到了繩子7倍長度的高度，大約飛到了航天器上空140千米的位置。

1993年，在圣地亞哥人們為了驗證約瑟夫·A，卡羅爾提出的繩子應用理論，一個有效載荷被連接在一根從一個巨大人造衛星放下的長約20千米的繩子上。因為當時有效載荷的速度要比一個處于相同軌道高度的物體應當有的速度慢，所以在恰當的時候切斷繩子會使有效載荷降落到地球地表上預定的那一點。繩子應用理論現在正在被用于開發一種返回艙和紐帶，國際空間站正利用它們把緊急貨物送往地球，其中包括不能等待下次航天器飛行的有效載荷。1994年，在一次相關任務中，一個有效載荷被拴在一根20千米的繩子上，以此來檢驗這根與風箏線一樣細的繩子能在與微小流星和空間碎片的碰撞中維持多長時間。一根繩子的預期壽命只有12天，而且它也很有可能被一個高速飛行的像一粒沙子一樣大的微小顆粒割斷。實際情況是繩子在4天后就被割斷了。這個實驗表明，需要做很多根相互獨立的繩子，這樣它們就不會被同一個小顆粒割斷。1996年6月發射的兩顆人造衛星就用了一根長4千米的繩子連接在一起，它在太空軌道中被使用了3年還沒有被割斷。

在進行的另一項實驗中，美國海軍研究實驗室和國家偵察辦公室用一個不同的設計對繩子進行了檢驗，它是一個細細的、有3厘米寬的塑料帶子，上面包滿了具有較大強度的纖維管。這根長6千米的繩子可以在太空中使用很多年，但是塑料帶子使它的重量增加了。我們公司是位于華盛頓克林頓的無限纜繩公司，正在與都位于蘇格蘭基馬諾克的卡爾津織物公司和弗萊明斯紡織品公司合作制造一種多線性的、中空的、魚網狀的繩子，它們可能在太空中被使用數十年。其他類型的繩子也在計劃生產。位于密歇根州荷蘭市的密歇根科技公司計劃在2000年用航天器把兩個用一根2千米繩子拴在一起的科研用包裹釋放在太空中。2000年年的一項任務能夠展示一根通電的繩子能調低“三角洲2”號上面級的軌道。在無限纜繩公司，我們正研發一種美國航空航天局理念的商用型版本，一種可以在發射前連接在一個衛星或者上面級的小包裹。當航天器完成其使命或者出現故障，這種通電的纜繩就會展開。并且把航天器拖離地球磁場，從而使航天器迅速失去控制直到在大氣上層燃燒。美國航空航天局也會考慮把這種電動纜繩作為向上的推動力。在該系統中，太陽能電池板將會給纜繩通一股電從而使纜繩把航天器拖離地球磁場。由此產生的力量可以使有效載荷無限期地繞地球運行。這種方法可以用來保證國際空間站在軌道上不停的運行而不用重新補充燃料。

繩子在多大程度上影響人類的未來呢?我們和其他人分析了一種有幾百千米長的可以像車輪一樣轉圈，用以把有效載荷發送到月球或者更遠地方的纜繩系統。想法很簡單，就像人猿泰山從一根藤條上蕩到另一根上一樣。首先，一根低軌道纜繩把有效載荷從可重復使用的航天器上拿起，然后把它運送給另一個在更遠的橢圓形地球軌道的繩子。然后第二根繩子就把有效載荷扔到月球上，被另一根早就在軌道上的繩子接住。而這跟繩子就以適當的速度沿著月球像車輪一樣翻轉，在接到有效載荷后，就會輕輕把它降在月球表面。與此同時，繩子還可以拿起另一個有效載荷。如果傳送和拿起的物體重量平衡時，就不需要推進劑。這種傳輸方式可以打造通往月球的高速公路，這樣就使頻頻造訪月球成為家常便飯。很明顯，要使這一個系統成為現實還要面臨很多技術上的難題，但是開放一種新的太空飛行方式的潛力是巨大的。或許有一天，會有無數的車輪狀的繩子圍繞著行星和月球，它們帶來了喧鬧和星際商業的喧囂，而這一切將開始于一條繩子。