A. 太空电梯何时建成啊
地球太空站主要由太空电梯、A城B城C城、D城和E城等组成。
C城也叫太空工厂,位于太空电梯的中部,距地面35780公里,C城与太空电梯的连接是软联结。这里有太空加工厂、太空轴承厂、太阳能发电站、飞船组装中心,太空望远镜和人造月亮等,各个单元之间相互连接,形成了一个以地球中心为球心的巨型球面。第一个太空电梯建成后20年内,太空工厂将会达到面积200平方公里、重量250万吨,向地球输送70GW(7千万千瓦)的电力;还将完成第一座10万平方米的太空城市的制造;还将建造另外二个太空电梯(以便进一步提高运输能力和提高抗风险能力),还将完成一架月球太空站的建造。
A城:位于赤道附近的地面上,与一般的城市的主要区别是有:防空中心、防雷系统、托盘编组站和天梯指挥中心。A城也可能是一个可移动的海上平台。
太空电梯:由两部分组成:吊天梯和甩天梯。太空工厂以下为“吊天梯”,以上称作“甩天梯”。
吊天梯:由导轨、中转站、托盘和驱动系统等组成。其中导轨材料的研发成功是整个地球太空站成为可能。整个吊天梯的高度为35780公里,一端连接A城(在地面),另一端连接C城,导轨上分布着35个中转站。吊天梯主要的功能是:将地面上的物资和人员送往C城,它是双向的,返回的主要作用是使运载托盘形成闭路循环,往复循环使用,同时也返回一些人员和“太空垃圾”等,是C城“发展壮大”的交通枢纽,远离地面的一些中转站还可以用来发射不同高度要求的卫星。托盘在天梯上的运行采用超导磁悬浮,运行速度1000kg/h,最大运载能力240t/d。
甩天梯:也是由导轨和中转站等组成。他的主要作用是“支撑”吊天梯的空中一端。它的长度是74000公里,它的一端在C城位置与吊天梯相连,另一端与E城相连。它也是双向的,但是他的运输量很小,它的每一个中转站都能用来发射卫星,其中一个中转站叫“月球站”,其他还有“土星站”……“火星站”等等,同时这些中转站还能用来回收太空卫星。
月球站:在月球站发射的卫星,可以直达月球的引力范围,不再需要其他动力火箭加速或提升,只需轨道调整即可,巧的是,从月球返回的卫星,也刚好可以落在月球站。这与目前的火箭方式相比,发射一次的代价连零头都用不了。另外,在这里发射或接受飞船,每天都有一次机会可以选择,几乎不受地面天气的影响。
导轨的材料选用碳纤维,上面覆有供驱动和固定用的电磁材料,总共有2.5×108kg(材料耗资约20亿美金),截面的形状和尺寸见图,由于导轨上不同的高度位置所承受的拉力不同,所以不同的高度位置采用不同的厚度(等强度设计,在这里非常重要,否则优质碳纤维将无能承担导轨材料这一重任):吊天梯的导轨有7.1万吨,采用优质碳纤维,其工作拉应力为15GPa,地面位置的厚度为0.08mm,承受180吨的拉力(空负荷时180吨,重负荷时40吨);C城位置的厚度1.80mm,承受4100吨的拉力;甩天梯的导轨采用普通碳纤维(主要是对高温和低温性能要求很高),其工作拉应力为7.5GPa,C城位置的厚度是3.65mm,承受4100吨的拉力;E城位置0.06mm,承受68吨的拉力;
B城和D城分别位于距离地面34000km和37700km,其重力加速度都是0.3m/s2,是地球的1/33。当你站在人一个太空站上往“天上”看,都能透过太空工厂看到另一个太空城,所不同的是,其中一个还能看到一个巨大的星球在天空,那是……(废话)。这两个城集生活区、工作区和农场为一体。
E城位于太空电梯的顶端,距离地面110000公里,质量为1150吨,是整个地球太空站中最小的城市,其重力加速度为0.59m/s2,是地球表面的1/17。在这里发射的卫星,速度可达8.4km/s(远大于2.6的宇宙第二速度,可以抵达太阳以外公里的地方)。将来,随着通讯和控制技术的提高,利用E城和甩电梯协调发送多极组合式火箭,使得造出30km/s的宇宙飞船变得容易多了。
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太空站的建造:初期是太空电梯的建造,其他部分有了太空电梯就方便多了。
太空电梯的建造:导轨和其相应的空中太空电梯加工安装设备等零部件共计1.3 ×108kg,需要将其所需的材料统统运到距地面以上35780公里的同步轨道上,在那里由太空轨道安装中心向沿上下两个方向建造导轨。
很显然,这么多的物质运到太空很不容易,用现有的航天运载工具是很不划算的,很现实的办法是在安装太空电梯之前,先安装一个小型的太空电梯,用它来运输未来的太空电梯,同样道理,在安装小型太空电梯之前,还应该有一个微型太空电梯,而微型太空电梯所用的导轨材料不是廉价的碳纤维,而是昂贵的碳纳米管(可你说,没有像碳纳米管这样的材料,一切都将没有希望)。
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地球太空站是一道靓丽的风景线,空中的C城让地球上40%地方夜晚“伸手不见五指”成了过去,即使在白天,也有可能找到她;晚上,它是仅次于月亮的第二明亮的“星星。
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到月球的路线是:从A城乘坐太空电梯,路过B城、C城和D城,两天后到达月球站,在月球站转乘地月太空飞船,飞抵月球太空站的“地球站”,然后乘坐月球太空站上的太空电梯到达月球表面,返回的路线,不用我说了吧?往返票价:150000美元。
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月球太空站:月球的太空电梯式太空站最有特点,它的伸向太空的一端刚好永远指向地球,不过,虽然月球的引力小,但是实际在它上面建造太空电梯的费用却比在地球上要大几十倍(同等规模),其主要的原因除了月球距离我们遥远以外,还有一个很重要的原因就是月球的自转速度很小。因此,在140年内在月球上建造太空电梯,远不如在月球上直接采用火箭输送更合算。其实,等地球上有了太空电梯,加上月球的引力小,月球上的火箭输送费用将会小到让我们感觉非常轻松。
太空加工厂:主要是将由吊天梯送上来的原材料(或成品、半成品零部件)进行加工、组装,主要是太空工厂所需的设备。比如太空轴承厂、太阳能发电站、飞船组装中心,太空望远镜和人造月亮以及太空加工厂自身所需的装备和太空公路系统等。
太空轴承厂:制造人类所需的高精度、高速、重载轴承的钢球。
太阳能发电站:在太空工厂上的太阳能光电发电,相同面积时其发电量是地球的5倍,而且太空上有的是廉价的“地皮”,在失重的条件下可以大大减少材料消耗,大量的使用还能降低光电板的费用、提高其效率。该发电站除了自用以外,更多的将通过微波的方式送往地面供人类使用。
飞船组装中心:
太空望远镜:这里的每一台太空望远镜的能力是哈勃望远镜的10倍以上,而成本却比“哈勃”还低2倍。
和人造月亮:地球上每一个10万人以上的居住区都将拥有自己的“人造月亮”,其亮度为“满月”时的亮度,而在一些需要的地区(比如灾区), 数十个(或100个)人造月亮能把那里变得像路灯下一样明亮甚至更亮。由于它利用的是阳光,太空的金属材料不容易腐蚀和疲劳,同步轨道上调整角度既方便又省力,所以基本上是一种一劳永逸的事情。
导轨材料及形状:导轨的材料是太空天梯的关键,除了性能需要考虑以外,成本上主要要考虑两大块:一个是发射费用,另一个时材料本身的成本。就目前而言:
1. 用火箭送往同步轨道的费用是7~10万美金/公斤;
2. 上述的太空电梯,其运输成本只有15美元/公斤;
3. 碳纳米管的抗拉强度2×1011Pa,密度1200公斤/米3,目前尚没有能成功的制作出所需的形状,有待于开发,但是希望是很大的,只是时间问题,目前成本3万美元/公斤(由于本项目需求量极大,有望突破1万美元/公斤),截面抗拉成本为6×10-5美元/米牛顿;
4. 碳纤维的抗拉强度1.5×1010Pa,密度1000公斤/米3,目前成本10美元/公斤,截面抗拉成本为6.7×10-7美元/米牛顿。
可见,在运输成本上,太空电梯只有火箭的1/5000,在材料成本上,碳纤维只有碳纳米管的1/100,因此,在建造第一个太空电梯的时候,所用的导轨材料必须用火箭送往同步轨道,这时选用碳纳米管最佳,而且规模不能太大。而以后的太空电梯,由于可以采用先前的太空电梯来运输,运输成本大大降低,就可以选用廉价的碳纤维做导轨,规模可以愈来愈大,数量愈来愈多,而成本确愈来愈低。
(可以这样的形象比喻:地球火箭在生命的最后才疯狂到了极点!)
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B. 太空电梯能变成现实吗
太空电梯暂时不能变成现实。
太空电梯虽然常常只在小说或者科幻影视作品中被提到,但是实际上太空电梯却是一个科学界也非常关注的话题,未来科技前沿十大科技猜想中就有太空电梯的身影。曾经科学界对于太空电梯的争论一直都层出不穷,不过实施起来的技术都是目前人类无法达到的。
科学家认为如果仅仅只是从经济上考虑,那么建造一台能从地球通往其他星球的电梯只需要十亿美元就能搞定。
但是目前关于建造方面的技术却是人类科技完全无法达到的,首先地球和月球,甚至其他星球都是在不断变动的,而想要直接拉出一台两头相通的电梯几乎不可能,所以科学家认为只能考虑将一头固定在月球上,还有一头则可以安放在地球的轨道上,但是这也就意味着人们在乘坐后需要经历一次“转车”才能从地球到达月球。
而且最主要的是建造这样一台太空电梯的成本也是非常高昂的,首先最基本的就是需要使用大量的钢缆,要知道仅仅只是1600米的南京长江大桥就使用了上万吨的钢缆,更不用说是距离数万光年的其他星球了,并且设备遭受太空中太阳风暴、宇宙辐射等因素的影响,也会在无形中增加维护成本。
C. 剑桥哥大两所研究生欲造登月电梯,这有可能吗
有可能吧,只要技术足够成熟就可以。8月25日,两位剑桥、哥大天文学研究生Penoyre和Sandford在arXiv上发表研究称,“月球太空电梯”在技术上和经济上具备可行性,只需大约10亿美元成本其中剑桥大学研究生Penoyre表示:这个太空电梯(登月电梯)的价格便宜得让人吃惊,只需要一个有点想法,有点热情的亿万富翁,就足以支持其(登月电梯)的建造。
而剑桥和哥大的两位天文学研究生设计这部太空电梯(登月电梯)的原因,同样是因为建造太空电梯(登月电梯)会比火箭技术更经济,更便宜,而且通过太空电梯(登月电梯),还能从月球上运回月球矿山上的原材料。可能两位天文学研究生也有考虑,所以他们把地球端的位置,放在了距地球4万公里高空的轨道上。
D. 你们说,太空电梯在未来可以实现吗
在上个世纪,人类做了一些相当了不起的事情。莱特兄弟在1903年发明了第一架飞机之后,我们仅用了66年的时间就将一个人送上了月球。我们的工程和科学能力显然令人惊叹,但也许是时候让我们来看看超越以往任何想象的挑战了……也许现在是时候建造太空电梯了。
建造太空电梯将是人类迄今为止最雄心勃勃的工程。这使得莱特兄弟的成就相比之下显得微不足道,尽管意义不小。人类似乎总是通过自己的工程能力找到超越自己的方法。我们总是在寻找下一个要克服的障碍,下一个要克服的挑战。也许建造太空电梯需要的技术和人力是我们今天根本无法想象的,但不要忘记,150年前,飞行对人类来说仍然是一个遥不可及的梦想。从这个角度看,真的不知道我们离建造100,000公里的太空电梯有多近!
E. 登月一直是一件极度烧钱的事, 为什么说“太空电梯”是划算的
一位研究太空殖民地和相关空间工程学科近四十年的技术专家和工程师说:“目前的材料并没有足够大的拉伸强度和足够低的密度让我们构建电缆。”后来,碳纳米管的发现为太空电梯理念带来了新的生命,将其从科幻小说转移到高级工程学研究。碳水化合物比水密度高30%,比钢强32倍,碳纳米管理论断裂长度超过10000公里。但是,如何用碳纳米管制造一条长达10万公里的太空电梯?不幸的是,没有人知道,至少现在还没有。已经构建的最长的碳纳米管只有几英寸长。
使你解决了这些问题,你仍然需要处理另一个问题 ——这就是太空垃圾和活动中的卫星。你必须找到它,并清理它。然后还必须在所有现有的卫星中安装躲避功能,除了地球同步轨道的卫星。大多数卫星和垃圾将不定时的以很快的速度冲击电缆,虽然躲避卫星不是大问题,但是清理太空中6000吨的垃圾却很棘手。
F. 剑桥大学和哥伦比亚大学研究生想造32万公里的登月电梯,是不是异想天开
自60多年前的太空黎明到来之后,人类目前只有一种方法可以登上月球:火箭。但是现在,两位研究生表示,我们现在应该能够通过一种高科技电梯,在地球和月球之间运送人类和货物。太空电梯的想法并不新鲜。自1895以来,航天梦想家一直在谈论这个话题,人们提出了所谓的“经典太空电梯”的概念性目标,可以作为人们往返月球的交通工具。但由于高昂的成本和技术上的限制,“太空电梯”的概念始终只存在于想象和文学作品中。
为什么花费数亿甚至数十亿美元建造月球空间电梯,而不是依靠成熟的火箭技术呢?Penoyre和Sandford在他们的论文中说,前者最终可能更经济,特别是能够将原材料从月球矿山带回地球。美国航空航天研究所发表的一篇论文估计,月球空间电梯系统可以通过将月球材料运送到月球和地球之间的空间站,需要53次旅行就能收回成本。
G. 日本太空电梯是玩笑吗
Obayashi打算使用六个椭圆形的太空电梯,每个电梯的尺寸为18米x 7.2米,可容纳30人,通过电缆从海上平台连接至距离地球36,000公里的卫星。电缆上的容器将前后移动并由一台相机记录下来。
电梯将由电动机皮带轮提供动力。这些汽车将以高达200公里/小时的速度行驶,并在离开地球8天后到达空间站。用于车辆的电缆总长度为96,000公里,总成本估计为90亿美元。预计运输成本约为航天飞机的百分之一。
H. 剑桥和哥大研究生想造登月电梯,未来我们可以随便去太空旅行了吗
要想把我们送到外太空,我们必须得知道外太空在轨是什么东东,在轨是指我们在朝一个物体坠落但是我们速度太快从而错过掉下来,外太空也是这样只不过如果你横向速度超级快,地球球面的形状会让你在被重力往回拉的同时以同样快的速度超远离它的方向飞出去,所以我们发射的火箭为了能进入近地轨道,既要能很快的往上飞,又要能以很快地横向飞,如果飞的角度调低一下就是洲际弹道导弹了(一个国家的航天水准也是其导弹水准一个体现)。
不过太空电梯建成后,我们可以以每公斤100美元来升空。太空电梯由四部分组成,超级缆绳(抗辐射、抗腐蚀、抗拉、抗高温、抗低温)、锚、配重以及爬升器。配重处位于距地面超过三万多公里位置,通过缆绳与地球锚相连。目前这还是设想,我们还需要克服太多的技术障碍,而且建设只能成功不能失败,这样的工程科学家提出先在月球做一个,负责运送月球氦-3到地球,为未来地球的人造太阳提供原材料。
I. 如果造成登月电梯,会有人敢坐吗
8月25日,两位剑桥、哥大天文学研究生Penoyre和Sandford在arXiv上发表研究称,“月球太空电梯”在技术上和经济上具备可行性,只需大约10亿美元成本。
其中剑桥大学研究生Penoyre表示:这个太空电梯(登月电梯)的价格便宜得让人吃惊,只需要一个有点想法,有点热情的亿万富翁,就足以支持其(登月电梯)的建造。
还有网友提出了疑问,他们说:月球不转了吗?地球不转了吗?而且地球自转的速度比月球绕地球公转的速度快,所以地球这端该如何解决呢?
对此,可能两位天文学研究生也有考虑,所以他们把地球端的位置,放在了距地球4万公里高空的轨道上。但是,还有一个没有被解决的问题是,地球和月球之间的距离并不是固定的,所以难道这个线缆也是可伸缩的吗?还有网友们提到的,到底该留下谁在上面看电梯呢?我想,如此“高科技”的太空电梯(登月电梯),肯定需要有专门的技术人员来操控吧!否则,如果因为操作出现故障,维修起来也很困难吧!
但也有网友认为他们的想法可能会实现,因为有网友说:从地心说的颠覆到机械时代的迸发,人类每一次进步,都是因为一群天马行空的疯子。
J. 太空电梯的理念已经被提出,那我们可以搭乘太空电梯去看看外面的世界吗
对于太空电梯是人类大规模走向太空的必然选择吗之话题,我个人认为,太空电梯构想是不可能实现人类大规模走向太空生存活动的。为什么会这样说呢?因为,原因有如下两个方面:一是太空电梯的构想是不成立的,太空电梯从起到始必须要有两个支点才能成立,曾有人构想过:从地球上构建一座太空电梯直接延伸与月球连接,
大大超出了地球生命(包括人类)适应性的生存能力,根本是无从适应的恶劣环境情况。因而,也是人类无法大规模走向太空之构想的选择。所以说,太空电梯这一构想是不成立的,是不可能实现人类大规模走进太空中进行漫游和生存活动的情况。因此,太空电梯不是人类大规模走向太空之必然选择的手段。不知这样的回答是否准确?!如读者阅后觉得我说的有道理,希给个点赞并关注我,欢迎大家加入相关讨论和学习。宇明于东莞市。