月球和超級地球之旅會是什麼樣子?

Mondo 科學 更新 2024-02-05

親愛的讀者,感謝您在百忙之中閱讀我的文章,這是對我努力的肯定,也是繼續創作的動力,我謹向你們致以最誠摯的敬意,希望能得到你們中的乙個"注意力"謝謝!

每當另一顆衛星從地球發射到軌道上時,用運載火箭將它們從地球表面公升起,然後將它們送入外太空,都需要花費大量的燃料、能源和金錢。 如果你走進乙個巨大的電梯,按下“空間”按鈕,幾分鐘後發現自己在那裡,那該有多好......這不是乙個幻想,而是乙個雄心勃勃的新太空專案。

事實是,當將東西發射到太空時,它的成本不僅僅是很多錢。 有時這個過程會變得非常具有破壞性,尤其是在火箭克服重力時。 在這方面,早在1895年,康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)看著新建的艾菲爾鐵塔,不由自主地開始思考,建造相同的艾菲爾鐵塔,但要達到地球靜止軌道是多麼現實。

將貨物直接運送到太空將非常方便。 這種結構的建立實際上並不違反物理定律; 你只需要有材料和技術。 有趣的是,在 1960 年,蘇聯試圖現實地嘗試建造太空電梯。 然後我們談論軌道站,它更像是乙個軌道城市,擁有火箭起降設施、燃料庫、車間、太陽能發電廠、天文台和溫室。

而這一切都是為了從軌道上發射火箭。 這樣,他們就可以立即獲得所需的第二個逃逸速度,並朝著正確的方向前進。 計畫沿著50-60千公里的垂直路線運送貨物和人員。 它將包括乙個在通往地球同步軌道的途中厚度增加的地面支撐部分和乙個從42,000公里開始的配重,以平衡重力和自身的離心力。 磁懸浮軌道將沿著這條路線鋪設。 跟在他們後面的火車必須逐漸加速到第乙個宇宙速度。

如果太空電梯設計成塔的形式,那麼重力將以相反的方式作用在其部件上。 也就是說,塔的下部容易倒塌,上部容易飛走。 為了使整個結構更加穩定,當作用在電梯上的引力最大時,其質心必須遠高於地球靜止軌道的質心。 它不會更高,在那裡有乙個長途太空港是有道理的。

接下來,重要的是太空電梯結構的骨幹相對於地球是靜止的(它當然會相對於太空中已經存在的一切隨地球旋轉)。 只有電梯轎廂是可移動的,在相反的方向上同步移動,相互平衡。 這個想法是幾年前由中國科學家提出的。 這樣的汽車最多可以在乙個方向上行駛幾天,理想情況下只有幾個小時。 這種型別的公升降機不攜帶燃料。

首先,它需要與火箭正常發射到軌道時相同的體積,其次,當燃料燃燒殆盡時,整個公升力的質量會發生變化。 這破壞了整個系統的穩定性。 在現代現實中,基於太陽能電池的機制更合乎邏輯,而由最耐用的碳奈米管製成的機制似乎更現實。 碳結構也可以充當光伏電池。 因此,太空電梯可以完全由它們組裝:支撐結構和動力裝置。

計算了單壁碳奈米管的強度。 該係數範圍從 40 GPA 到 100 GPA(即每 10 平方公釐可以安全裝載 1 噸)。 事實上,在 2019 年,碳管的價值達到了 28 GPA。 然而,並非一切都那麼美好,因為這些奈米管的長度還不能超過幾公尺。

2017年,賓夕法尼亞大學創造了另一種替代碳結構,即超薄金剛石纖維。 由約翰·巴丁(John Budding)領導的一組科學家在200,000個大氣壓的壓力下壓縮了苯分子。 結果,碳原子排列在乙個四面體中——乙個非常強的晶格。 雖然從物理角度來看,管子有多強並不重要。 即使你把它們建造到地球靜止軌道的長度,它們也會在自己的重量下崩潰。

2019 年,提出了迄今為止最具革命性的解決方案:與其在地球上建造太空電梯,不如將其懸掛在月球上。 為此,您首先需要在衛星上建立乙個底座,並將一根細碳纖維電纜連線到它。 它應該通過拉格朗日點之一被拉向地球(重力不會作用於它們)。 這將帶來許多好處:從從地球到月球的途中建立乙個永久殖民地,到定期的月球探險和超級地球的發展。 在這種情況下,軌道配重穩定器可以直接由空間碎片和廢衛星建造。 為了加固,可以使用小行星的金屬(在沒有重力的情況下,很容易停泊在空間站上)。

儘管如此,太空電梯在今天技術上仍然不可行。 甚至埃隆·馬斯克(Elon Musk)也拒絕就這個話題發表評論。 事實上,即使在理論上,仍有許多問題尚未解決。 雖然從長遠來看,碳纖維似乎是最堅固的,但它們不僅非常易燃。 所以你需要找到一些更安全的材料。

但也有空間碎片會主動在電梯周圍飛來飛去,並可能進入電梯。 雖然太空電梯的想法顯然很棒。

我是一名技術創作者

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