月球和超级地球之旅会是什么样子?

小夏 科学 更新 2024-02-05

亲爱的读者,感谢您在百忙之中阅读我的文章,这是对我努力的肯定,也是继续创作的动力,我谨向你们致以最诚挚的敬意,希望能得到你们中的一个"注意力"谢谢!

每当另一颗卫星从地球发射到轨道上时,用运载火箭将它们从地球表面升起,然后将它们送入外太空,都需要花费大量的燃料、能源和金钱。 如果你走进一个巨大的电梯,按下“空间”按钮,几分钟后发现自己在那里,那该有多好......这不是一个幻想,而是一个雄心勃勃的新太空项目。

事实是,当将东西发射到太空时,它的成本不仅仅是很多钱。 有时这个过程会变得非常具有破坏性,尤其是在火箭克服重力时。 在这方面,早在1895年,康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)看着新建的埃菲尔铁塔,不由自主地开始思考,建造相同的埃菲尔铁塔,但要达到地球静止轨道是多么现实。

将货物直接运送到太空将非常方便。 这种结构的创建实际上并不违反物理定律; 你只需要有材料和技术。 有趣的是,在 1960 年,苏联试图现实地尝试建造太空电梯。 然后我们谈论轨道站,它更像是一个轨道城市,拥有火箭起降设施、燃料库、车间、太阳能发电厂、天文台和温室。

而这一切都是为了从轨道上发射火箭。 这样,他们就可以立即获得所需的第二个逃逸速度,并朝着正确的方向前进。 计划沿着50-60千公里的垂直路线运送货物和人员。 它将包括一个在通往地球同步轨道的途中厚度增加的地面支撑部分和一个从42,000公里开始的配重,以平衡重力和自身的离心力。 磁悬浮轨道将沿着这条路线铺设。 跟在他们后面的火车必须逐渐加速到第一个宇宙速度。

如果太空电梯设计成塔的形式,那么重力将以相反的方式作用在其部件上。 也就是说,塔的下部容易倒塌,上部容易飞走。 为了使整个结构更加稳定,当作用在电梯上的引力最大时,其质心必须远高于地球静止轨道的质心。 它不会更高,在那里有一个长途太空港是有道理的。

接下来,重要的是太空电梯结构的骨干相对于地球是静止的(它当然会相对于太空中已经存在的一切随地球旋转)。 只有电梯轿厢是可移动的,在相反的方向上同步移动,相互平衡。 这个想法是几年前由中国科学家提出的。 这样的汽车最多可以在一个方向上行驶几天,理想情况下只有几个小时。 这种类型的升降机不携带燃料。

首先,它需要与火箭正常发射到轨道时相同的体积,其次,当燃料燃烧殆尽时,整个升力的质量会发生变化。 这破坏了整个系统的稳定性。 在现代现实中,基于太阳能电池的机制更合乎逻辑,而由最耐用的碳纳米管制成的机制似乎更现实。 碳结构也可以充当光伏电池。 因此,太空电梯可以完全由它们组装:支撑结构和动力设备。

计算了单壁碳纳米管的强度。 该系数范围从 40 GPA 到 100 GPA(即每 10 平方毫米可以安全装载 1 吨)。 事实上,在 2019 年,碳管的价值达到了 28 GPA。 然而,并非一切都那么美好,因为这些纳米管的长度还不能超过几米。

2017年,宾夕法尼亚大学创造了另一种替代碳结构,即超薄金刚石纤维。 由约翰·巴丁(John Budding)领导的一组科学家在200,000个大气压的压力下压缩了苯分子。 结果,碳原子排列在一个四面体中——一个非常强的晶格。 虽然从物理角度来看,管子有多强并不重要。 即使你把它们建造到地球静止轨道的长度,它们也会在自己的重量下崩溃。

2019 年,提出了迄今为止最具革命性的解决方案:与其在地球上建造太空电梯,不如将其悬挂在月球上。 为此,您首先需要在卫星上建立一个底座,并将一根细碳纤维电缆连接到它。 它应该通过拉格朗日点之一被拉向地球(重力不会作用于它们)。 这将带来许多好处:从从地球到月球的途中建立一个永久殖民地,到定期的月球探险和超级地球的发展。 在这种情况下,轨道配重稳定器可以直接由空间碎片和废卫星建造。 为了加固,可以使用小行星的金属(在没有重力的情况下,很容易停泊在空间站上)。

尽管如此,太空电梯在今天技术上仍然不可行。 甚至埃隆·马斯克(Elon Musk)也拒绝就这个话题发表评论。 事实上,即使在理论上,仍有许多问题尚未解决。 虽然从长远来看,碳纤维似乎是最坚固的,但它们不仅非常易燃。 所以你需要找到一些更安全的材料。

但也有空间碎片会主动在电梯周围飞来飞去,并可能进入电梯。 虽然太空电梯的想法显然很棒。

我是一名技术创作者

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