日本测试,东瀛下一周将展开太空电梯实验

原标题:日本下周将开展太空电梯实验

原标题:日本测试“太空电梯” 太空旅行有多远?

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黑科技!日本将测试迷你太空电梯
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新京报讯
搭乘电梯直通太空,听起来像是科幻小说的情节,但是日本科学家正努力将此变为现实。本月日本将进行迷你版太空电梯实验,这将是世界首个测试电梯在太空中运动的实验。日本科研团队的目标是2050年建成太空电梯,届时将乘客带到3.6万千米的高空旅行。

用碳纳米管制作缆绳连接地面和太空

“太空电梯”是科幻作品的宠儿。这种连接地球与太空的轨道,仿佛离生活非常遥远,就像是一种荒谬的存在。然而下周就有一个迷你版的电梯升空!

据日媒《每日新闻》报道,日本静冈大学工学部的科研团队与日本建设公司大林组合作开发了迷你版太空电梯,将视天气情况在本月进行实验。负责研发的日本静冈大学教授能见公博表示,实验将用一段10米长的钢制缆绳,连接2颗边长为10厘米的小型立方体卫星。这2颗卫星将搭乘H2B火箭7号机从鹿儿岛县种子岛宇宙中心前往国际空间站。在缆绳上,研究人员将尝试利用电机驱动一个模拟电梯升降舱的盒子,使其在缆绳上来回移动。安装在卫星上的照相机将会记录,盒子如何在实际的宇宙空间中移动,以此测试太空电梯模型的可行性。静冈大学的研发团队表示,虽然是迷你版太空电梯实验,但如果能够在宇宙空间确认运行情况,将会成为实现构想的第一步。

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参与太空电梯实验的日本建设公司大林组还在单独推进研发工作。据大林组公司网站介绍,他们构想用碳纳米管制作缆绳,6组升降电梯依靠电动机在其上运行,升降舱将建成直径为7.2米的鸡蛋状,可承载30人。电梯从地面出发,预计8天到达空间站。该公司评估这一套太空电梯系统大约需要20年的建造时间,耗价约10万亿日元。大林组的太空电梯研发组负责人石川洋二接受《朝日新闻》采访时表示:“太空电梯从理论上来说可以实现。未来,太空旅行将盛行。”

太空电梯效果图

太空电梯将大大节约太空运输成本

日本静岡大学的科研人员宣布,下周将在国际空间站(ISS)开展一次太空电梯实验。这无疑将是太空电梯从科幻走向科学的重要一步。

太空电梯的想法最早由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基于1895年提出,他提议在地球静止轨道上建设一个太空城堡,用一根缆绳将地面与城堡相连,以此实现太空运输。1979年英国作家阿瑟·克拉克将这个概念写入了科幻小说《天堂的喷泉》,引起了公众的广泛关注。在科幻作家刘慈欣的作品《三体》中,也有关于太空电梯的描述。其实太空电梯的基本原理就是,用一条长缆绳,其一端固定在地球上,另一端固定在地球静止轨道(距离地面约3.6万千米)上运行的航天器或者空间站上,在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳会绷紧,一个类似于电梯的升降舱在缆绳两端上下运动。

根据《每日新闻》报到,实验的内容安排如下:宇航员将从空间站释放出两颗立方星。两星之间用钢缆连接,电缆上安装的一个小“电梯轿厢”,将使用自带的马达沿钢缆往复运动,立方星上的摄像头会全程拍摄运动过程。

本世纪初,随着新材料的不断出现,太空电梯的构想不再那么遥不可及,来自美国、日本、俄罗斯等各国的科学家纷纷开始探索,因为一旦建成将大大节约太空运输成本。日本是最积极的国家之一,10年前就集结了各路专家组成“日本太空电梯协会”,对此展开研究。2013年,日本教授青木义男试制的“登山者”电梯在富士山山麓进行实验,电梯成功升到了地上1200米的高度。但由于日本法律的限制,不可进行更高海拔高度的测试。日本太空电梯协会会长大野修一认为,太空电梯将是人类探索太空资源的必要工具。

立方星,顾名思义,其外形是棱长10cm的立方体。两星之间用长达10米的钢缆连接,这也是实验轿厢的运动范围。

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由静冈大学研制的上述实验设备,将搭载预计下周发射的白鹳7号(HTV-7)前往国际空间站。预计于当地时间9月11日凌晨,在鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射。

太空电梯比火箭有何优势?

工程师们梦想了几十年的太空电梯,又近了一步。

人类现在进入外太空只能依靠火箭运输,不仅运输成本高昂,而且会对地球环境造成影响。据彭博社,目前的国际商业卫星发射中,每千克荷载的运输成本约2.5万-4万美元之间。日本建设公司大林组预估,太空电梯建成后,每千克荷载的运输成本约为200美元。

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中国航天科工集团第二研究院研究员、国际宇航联空间运输委员会秘书长杨宇光说,如果太空电梯建造成功,意义绝对不局限于太空观光旅游。首先,人类现在进入太空最大的障碍就是成本过高,太空电梯能近乎百倍地降低费用。这样的话,人类可以把大量的物资运入太空。其次,太空电梯更加安全。火箭必须要以极高的速度进入太空,面对的环境极其恶劣,而且对宇航员来说也非常危险。如果搭乘太空电梯,可以非常平稳地进入太空。

太空电梯动画

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Credit:大林组建筑公司

建造太空电梯有何难点?

早在2012年,日本东京的大林组建筑公司就宣布将在2050年建造太空电梯。这也引起了Google
X的注意。另据报道,中国航天机构也曾宣布在2045年建成太空电梯(译者,真有这事?没查到相关报道)。

太空电梯概念提出已有100多年,至今仍未实现,这个项目在实际操作中究竟存在多大的困难?据世界科技研究新闻资讯网(PHYS.org),太空电梯的重要组成部分是缆绳,而缆绳的材质问题是建造过程中首先遇到的障碍。虽然碳纳米管的诞生带给科学家很大的希望,它的强度是钢铁的20多倍,但是目前制作碳纳米管的技术还比较差。

在太空展开缆绳的实验以前已经成功过,但是安装一个轿厢往返运动还是第一次。如果实验成功,则将大大提升人们对太空电梯的信心。

天体物理学博士、科普作家孙正凡表示,建造太空电梯在材料、动力、维护、成本等方面都存在困难。我们现在对材料有各种设想,包括碳纳米管,但是如何把这些材料打造成符合太空电梯长度、强度、重量比要求的缆绳,还是个未知数。日本进行迷你版太空电梯实验,可以通过检验这个模型来考察理论与实际存在多大的差距。短期内还无法实现构想,但是科学技术的突破是无法预见的,必须一步一步地进行可行性实验。

虽然太空电梯曾经只是科幻小说的宠儿,但是越来越多的科研人员开始认同,他才是未来空间探索的有效工具,毕竟巨型火箭路线看上去已经到了性能极限。

杨宇光表示,除了材料之外,太空电梯建造过程中还需要考虑如何躲避太空碎片的问题,以及可能会有其他卫星撞上来,最终可能会发生电梯被撞断裂的情况。另外,地球的转动并不是完全规则的,因此太空电梯随之运转的过程中可能遇到各种问题。

如果太空电梯建成,将大幅降低向地球轨道运送人员和材料的成本,从而有可能建造更大的空间站、月球基地,甚至为载人火星任务助力。

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本此实验的负责人石川洋司(Yoji
Ishikawa)说:“理论上,太空电梯的可行性还是很高的。建成之后,太空旅行将会变得平易近人。”

实现太空电梯还要多久?

大林组建筑公司认为,第一代太空电梯的成本预计将高达900亿美元。译者认为这个预算过于乐观了。Anyway,希望下周发射成功,实验开展成功,早日建成可用的太空电梯!

日本科研团队进行太空电梯的实验备受瞩目,很多人甚至开始幻想乘坐电梯进行太空观光的场景。不过,以目前的进展,太空电梯究竟什么时候可以实现?

原文来自space.com,作者Scott Snowden

杨宇光表示,日本科学家目前所做的实验只能说是和太空电梯的相关技术沾边,距离真正实现还很遥远。因为人类目前还没有找到在工程上可行的方案。如果未来某一天有革命性技术出现,开发出了新的材料,它的强度比碳纳米管还要高上万倍,那么建造太空电梯就比较容易了,但是现在无法预见。也有人提出在其他星球建造太空电梯,这也是有可能的,但是现在所有的研究都是一种概念研究,完全贴近工程的研究还没有。

编写:赵琨 | 校对:

杨宇光指出,即使无法实现3.6万千米的太空电梯,如果能够在地面建造一座一二百公里高的高塔,也是非常有意义的。因为从地面运送物体去太空需要穿过大气层,这个过程复杂且代价高昂,如果火箭不从地面起飞,而是通过高塔上升到百公里的高度起飞,不仅节省燃料,而且起飞的环境也改善了,那样就变成了真空环境。建造这样一座高塔相比于太空电梯来说更容易,但是目前还实现不了。

编排:赵琨 | 配乐:解仁江

本版采写/新京报记者 陈沁涵返回搜狐,查看更多

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