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Highlighting JAPAN

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科学技术

外太空连接

建造一个太空电梯的梦想



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太空电梯正如其名一样,是一个可以在连接地球表面和外太空的电缆上,来回移动的交通工具。太空电梯为人所知是在科幻世界里,比如在英国科幻小说家亚瑟·克拉克的《天堂的喷泉》中就出现过太空电梯。尽管建造太空电梯在理论上是可行性的,但长期以来被认为是远远超出了我们的能力范围。

然而,当NEC(日本电气)的饭岛澄男博士在1991年发现碳纳米管的时候,让很多人开始询问现今的科技水平是否具备了建造太空电梯的可行性。连接地球和外太空的缆绳曾经被视为最大的障碍,但由于碳纳米管的强度很大、质量也很轻,这使得建造太空电梯能够成为现实。从那以后很多实际行动都加速开展起来,这其中就包括在2007成立的日本太空电梯协会(JSEA),其目的就是为了促进太空电梯技术的发展以及对公众普及相关的知识。

作为太空电梯的拥护者之一,日本太空电梯协会的主席大野修一说到“日本掌握了很多太空电梯关键零部件的技术,这就包括了可以保证太空电梯安全性和可控性的碳纳米管,还有新干线列车等。我们非常愿意看到由日本把这些技术往前推进。”

太空电梯的实际机制很简单:用电缆和平衡锤把地球和空间站连接起来。这其中关键的问题是调整好把物体拉向地球的重力和让物体远离地球的离心力之间的平衡。越靠近地球,重力会变得越大,而离心力则相反。这两种力会在离地球36,000公里左右的地球同步静止轨道上达到平衡。在静止轨道上,绕着地球旋转一圈刚好是24小时,和地球自转一样。由于空间站在静止轨道上和地球同时旋转,所以能与地球保持在固定的相对位置并让电缆具有张力。

在建设的时候,静止轨道上的同步卫星会朝着地球释放电缆,由于自身的重量,电缆会在重力的作用下被逐渐拉向地球。与此同时,在电缆上平衡锤的反方向牵引力的作用下,电缆将达到一个相对平衡速度。在这种相对平衡的运动中,电缆会一点一点拉向地球,最终与基站连接起来,基站可以是固定的路基平台,也可以是移动的海上平台。

相对于发射火箭所需要的昂贵燃料,如此建造的太空电梯可以在花费很少燃料的基础上运送大量的乘客以及物资。而且,对比宇航员的专业特殊训练,太空电梯的训练要简单基础的多,即便是普通的民众也能搭乘。由于运送人员和物资变得不再昂贵,太空电梯还能让空间站自身发展的门槛降低不少,例如空间站太阳能发电项目可以有效地在外太空收集太阳光并转换成电能,以及在零重力下的空间实验等等。很多评论员甚至期望着这项技术能够开启太空探索的大门。

这项技术同时也面临无数的挑战,比如如何保护太空电梯不受太阳电磁波和太阳辐射,以及陨石和太空碎片的影响。由于能够给太空探索和发展带来革命性的突破,很多科研人员和工程师还是被这项技术的魅力所吸引着。针对不同的研究内容,日本和国际上其他国家都展现出了很大的兴趣,譬如建造出性能良好、能上升到很高轨道的电缆。

日本电视动画片机动战士高达最新一期的《高达G之复国运动》将在今年秋天上映,故事无疑会在围绕外太空电梯的背景下展开。正是因为有这些追梦人的探索和推进,为了让地球上的每一个人都能轻松地去向外太空,真实的太空电梯终将有一天被建造出来。希望日本会是追梦人中的领头人。

 



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