进入电梯,按上升按钮就到了太空,是不是很拉风?在11月18日至20日召开的2022空间技术和平利用(健康)国际研讨会上,国际太空电梯联盟主席、国际宇航科学院院士彼得·斯旺提出,未来太空电梯作为永久性物流基础设施,可将物资和人员运到太空,成为进入太空的新通道。
有了太空电梯,去火星或许只要61天
造太空电梯,原理并不复杂。长长的缆绳悬在天地之间,一端固定在位于地球赤道的海洋上,另一端“抓住”地球同步轨道上的平衡物(如卫星或空间站)。沿着缆绳,一个机器(太空电梯的轿厢)可以上下移动。
斯旺介绍:“根据目前设计,太空电梯轿厢重约 20吨,攀爬速度约为每小时200公里。未来,随着缆绳加长、轿厢攀爬速度加快,预计8天可到达地球同步轨道,14天可到达月球,61天可到达火星。”
“相比用火箭运输,太空电梯更环保、成本更低、重复使用率更高,因此也被称为‘绿色天路’。”斯旺解释,太空电梯用太阳能驱动,不像发射火箭那样消耗大量化学燃料。
而且太空电梯产生空间碎片的可能性微乎其微。科学家发现,截至2020年1月,10厘米以上的空间碎片有2.9万个,1毫米以上的则超过1.7亿个,这些碎片严重污染着空间环境。
“另外,利用太空电梯运输,每公斤物资运输成本约为500 美元,比使用火箭更便宜。”国际宇航科学院秘书长让·米歇尔·康坦表示。
斯旺认为,未来人类建火星村、月球村需要发射大量物资到太空,星际旅行也备受期待,太空电梯非常具有商业竞争力。
但火箭发射不会因此被抛弃。国际太空电梯联盟副主席丹尼斯·莱特称,火箭比太空电梯速度更快,能迅速穿越辐射带,所以有人提出以“太空电梯+火箭”的方式运输,实现互补。“如果把太空电梯看作货船,那么火箭就是货运飞机。”
设计方案可行,但实践仍面临挑战
太空电梯之梦由来已久。1895年,俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基见到埃菲尔铁塔后提出了太空电梯的设想。科幻巨匠阿瑟·克拉克在其小说《天堂之泉》中也描绘了太空电梯。但由于技术障碍,太空电梯长期停留在概念阶段。
随着航天技术不断发展,建造太空电梯有了更多可能。据斯旺和莱特介绍,在材料方面,碳纳米管和超强石墨烯被认为是建造太空电梯缆绳的理想材料;在设计方面,科学家目前已提出8个比较稳健、合理的科学设计方案;在工程方面,一些国家的科学家已开展一些小型实验并准备深入验证。
“当然,在理论、技术和工程层面还面临诸多挑战。如动力学和控制方法,新材料研发,设备设计和建造等。”中山大学航空航天学院副教授史格非表示。
很多细节问题有待科学家和工程师解答:太空电梯轿厢选择何种驱动模式?怎么克服重力影响?缆绳如何承受高能宇宙射线的轰击并有效抗摆动?电梯遭遇太空碎片和陨石冲击怎么办……
莱特说,科学家预估2035年左右太空电梯初步投入运行,用太空电梯载人则需要进一步验证以确保其安全可行,或许到 2045 年左右实现载人,目前还没有确切的时间表。面对这项耗时耗力耗钱的大工程,斯旺呼吁加强太空电梯的研究与合作。 (代小佩)
相关阅读
太空给生命科学研究
提供新平台
“我们已向国际空间站发送样本并成功开展太空实验,研究发现,在太空中生产类器官稳定可靠、质量高而且可标准化。”在11月18日至20日召开的2022空间技术和平利用(健康)国际研讨会上,苏黎世大学太空中心重力生物学首席科学家、国际宇航科学院院士科拉·泰尔介绍。
实现这一点有赖于太空特殊的环境。科拉·泰尔称,当前在地球上生产类器官尤其是高质量的类器官很复杂且非常困难,而借助太空微重力环境可生产高质量的类器官。
与会科学家表示,空间环境给生命科学和医学研究提供了前所未有的平台。专家介绍,空间有着微重力、强辐射、高真空等不同于地球的特殊环境,借助这种环境条件,许多在地球上无法解决的难题能在太空找到答案。国际宇航科学院生命科学委员会主席、北京理工大学医工融合研究院首席科学家邓玉林表示:“此前,梦天实验舱搭载微生物检测和培养的仪器进入太空,未来将用于生物医药、微生物检测等领域的研究。”
有不少科学家通过在地球上模拟太空环境开展生命科学研究。比如,苏州大学教授、国际宇航科学院院士周光明及团队通过模拟太空辐射情况,研究空间辐射的生物学效应及其健康风险。周光明称:“我们希望建立适合中国航天员体型、体貌乃至遗传背景和疾病谱的空间辐射健康风险评价系统,为未来长周期的深空探索任务提供理论依据,助力载人航天任务发展。” (骆香茹)