劍橋、哥大研究生欲造32萬公里的登月電梯

由於登月飛船的發射要靠成本高昂的火箭,登月一直是一件極度燒錢的事。現在,哈佛和哥倫比亞大學的幾位研究生好好算了一下,結果發現,「太空電梯」在技術上和經濟上都是劃算的,這部新型電梯實際上就是一條長達32萬公里的電纜!

自60多年前的太空黎明到來之後,人類目前只有一種方法可以登上月球:火箭。但是現在,兩位研究生表示,我們現在應該能夠通過一種高科技電梯,在地球和月球之間運送人類和貨物。

太空電梯的想法並不新鮮。自1895以來,航天夢想家一直在談論這個話題,人們提出了所謂的「經典太空電梯」的概念性目標,可以作為人們往返月球的交通工具。但由於高昂的成本和技術上的限制,「太空電梯」的概念始終只存在於想象和文學作品中。

劍橋、哥大研究生欲造32萬公里的登月電梯

在今年8月25日arXiv上發表的一項研究中,兩位論文作者聲稱,「太空電梯」在技術上和經濟上具備可行性,只需大約10億美元成本,並開始打造這樣一部「月球太空電梯」。這個概念最初於1977年傑羅姆·皮爾森在一次會議上正式提出。

本研究的共同作者之一,劍橋大學天文學研究生Penoyre表示:「這個太空電梯的價格之便宜讓我大吃一驚,只要一個有點想法和熱情的億萬富翁就有能力建造實現。」

拉一條32萬公里長的電纜,通往月球

劍橋、哥大研究生欲造32萬公里的登月電梯

這篇論文的兩位共同作者Penoyre和Sandford都是哥倫比亞大學天文學研究生,他們將這個月球空間電梯稱為Spaceline。其中心環節是一條長達20萬英里(32萬公里)的線纜,一頭固定在月球上,另一頭指向地球上方,可能位於距離地球27000英里的軌道上。(由於月球的相對運動,線纜無法固定在地球表面。)

最簡單版的Spaceline 線纜可能或不會超過88000磅,這個重量沒有超出下一代NASA和SpaceX火箭的有效載荷范圍,而且可以用Kevlar或其他現有材料製成,而不是非要用難以製造的碳基材料不可,過去人們一直認為建造太空電梯必須使用碳基材料。

未來的太空旅行者將能夠使用航天器從地球飛到懸掛線纜的末端,然後轉移到太陽能機器人車輛上,使電纜爬上月球。航程可能需要數天或數周時間。回程則剛好相反。

為什麼花費數億甚至數十億美元建造月球空間電梯,而不是依靠成熟的火箭技術呢?Penoyre和Sandford在他們的論文中說,前者最終可能更經濟,特別是能夠將原材料從月球礦山帶回地球。

美國航空航天研究所發表的一篇論文估計,月球空間電梯系統可以通過將月球材料運送到月球和地球之間的空間站,需要53次旅行就能收回成本。

走!到月亮上去挖礦!

劍橋、哥大研究生欲造32萬公里的登月電梯

多年來,專家一直瞄準月球作為有價值的原材料的潛在來源,從氦-3,可能在聚變反應堆中使用的熟悉氣體的重型,到釹、釓等稀土礦物,用於製造手機,醫療掃描儀和其他高科技設備。

「太空電梯就像鐵路,除非有很大的交通流量,否則不值得建造。」佛羅里達州棕櫚灣衛星技術公司Space Initiatives的首席科學家Marshall Eubanks說道。他說,論文中使用的計算過程是可靠的,但地球軌道衛星可能會與巨大的電纜發生碰撞,這可能是一個潛在的問題,可以將電纜保持在地球軌道空間通道之外來緩解這個問題。

盡管太空電梯相對於火箭運輸具有潛在優勢,但無論是月球空間電梯,還是經典太空電梯都沒有獲得太空機構或航空航天製造商的太多關注。

自20世紀70年代末以來,美國宇航局一直資助經典太空電梯概念的研究。但截至目前,太空電梯領域還沒有誕生SpaceX這樣的企業。不過中國和日本的企業分別提出了在2045年和2050年之前建造經典太空電梯的建議。

Space Initiatives首席執行官查爾斯·拉德利表示:「令人沮喪的是,月球太空電梯的想法並沒有獲得多少動力,但這確實是一個可行的想法,而且在經濟上看,是一個可以顛覆游戲規則的想法。」

一些專家認為,至少在最初階段,經典太空電梯可能比月球太空電梯更有意義,因為前者更有助於探索月球。比如可以使用經典太空電梯在地球軌道上組裝一個巨大的航天器,然後從那里發射。專家表示,這可能比克服巨大重力從地球表面發射宇宙飛船更容易。

參考鏈接:

https://www.nbcnews.com/mach/science/space-elevator-moon-could-be-doable-surprisingly-cheap-ncna1051496

論文鏈接:

https://arxiv.org/pdf/1908.09339.pdf

來源:cnBeta