本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。
对于普通人而言,感受科学进步的最直观方式就是看着科幻作品中所描述的事物一个个变为现实。
自从科学诞生以来,这样的故事一直都在不断上演着。比如以前科幻作品中经常出现的飞行汽车,在很多年以前就已经被制造出来了,比如斯洛伐克公司的飞行汽车AeroMobil就在2014年试飞成功,那是一辆外形非常具有科幻感的飞行汽车。
只不过飞行汽车在实际使用过程中还面临了很多问题,所以并未普及到民用。又比如混合现实与全息投影,可以将虚拟的画面以现实的方式展现在我们面前,我们完全会以为那是真的,而这些都是以前在科幻作品中才会出现的。以前如此,未来同样是如此,现在我们在科幻作品中所见到的一些事物,在未来也会成真。
曾经的科幻就是未来的现实。
那么在未来,还会有何种曾经只在科幻作品中才会见到的事物变为现实并改变我们的生活呢?很多,而我们要说的则是“太空电梯”。喜欢科幻关注科学的人对这个名字一定不会陌生,因为这个东西在刘慈欣老师的代表作《三体》中出现过,而且可以说是《三体》第一部的主角百事2娱乐注册官网。
其实太空电梯这个概念早已有之,最早提出太空电梯概念的是一位上世纪70年代的科幻作家阿瑟·克拉克。那么到底什么是太空电梯呢?太空电梯和我们日常所见的电梯很像,不同的是它连接的是地面和太空设施,通过太空电梯,人类可以直接进入宇宙。那么,为什么要制造太空电梯呢?那还要从现在人类的航天事业说起。
目前人类探索太空的主要方式是利用化学动力火箭将航天器送入太空。
这种方式其实是非常低效的,无论化学动力火箭如何发展,都不可能帮助人类实现遨游太空的梦想,因为这种航天方式过于低效了。人类航天史上最大的火箭无疑就是土星五号了,这个火箭重达3048吨,然而你可能想不到,其有效载荷只有百吨左右。
也就是说要用3000吨的力量将百吨左右的物质送往太空,如此低效的航天方式就决定了人类无法离开地球太远。所以未来人类要想探索更为遥远的宇宙空间,就必须发展新的航天方式,比如辐射动力火箭或者曲率驱动飞船等等,不过这些概念都还只是天方夜谭,人类对此几乎还毫无头绪。而在化学动力火箭的前提之下,能够帮助人类走得更远的就是太空电梯了。
太空电梯能够给人类的航天事业带来怎样的改变呢?
化学动力火箭之所以低效的原因就在于地球引力,我们知道,要摆脱地球引力的束缚,将航天器送入地球轨道就必须要达到一个逃逸速度,也就是第一宇宙速度,每秒7.9千米。正是为了能够短时间内将航天器推进到这个速度以便克服地球引力,所以火箭就必须要携带大量的化学燃料,正是这些化学燃料占据了火箭的大部分重量。
还是以土星五号为例,在土星五号点火之后的两分半时间里,其只飞行了不到70000米,连大气层都没有出,然而此时第一级火箭却已经燃烧完毕了,也就是说2000多吨的燃料已经被消耗了。那么,如果能够将这个过程省略掉,那么情况则会大不一样。
太空电梯的意义就在于可以将组装航天器的零件通过电梯直接送往太空,然后再行组装,这样就避免了为克服地球引力而进行的大量化学燃料的消耗。
如果太空电梯变为现实,人类便能够在化学动力的前提下走得更远,甚至于大规模进入太空之中,航天成本也将会大幅度下降。那么制造太空电梯的关键是什么呢?制造太空电梯的难点主要在于材料技术上,简单来讲就是要有一种足够轻又足够结实的材料来制造电梯缆绳,而轻和结实这两个关键点直接指向了一种东西,那就是纳米材料。
我们所知的太空电梯是存在于科幻作品之中的,而在现实中,很多国家实际上都早已开始了太空电梯的相关研究,未来会有越来越多的国家加入到此项研究之中。值得相信,在未来的某一日,我们终将能够乘坐电梯直达宇宙。
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