
太空电梯属于我们都希望在我们有生之年成为现实的那类技术,但我们将永远亲眼见证这种技术。像冷聚变一样,或者比光旅行更快,我们理解应该使这些概念成为可能的原则,但它们远远超出我们的技术理解,它们可能也是幻想。
除了,也许不是。当日本宇宙航空研究开发机构(日本宇宙航空研究开发机构)向国际空间站发射第七架Kounotori H-II转运车时,随着宇航员的实验和补给,将是一对非常特殊的CubeSats。它们构成了世界上第一个太空电梯技术的实际测试,如果运气好的话,它将成为巨大飞跃之前的许多小步骤之一,只需花费一小部分成本即可进入太空。
当然,他们不会测试功能齐全的太空电梯;即便是最积极的时间表也让我们离开了几十年。这只是对建造太空电梯至关重要的一些概念的小规模测试,因为我们需要学会在行走之前爬行。但即使我们不在身边看第一个实用的太空电梯也能让它达到顶峰,至少我们可以说我们在一楼就在那里。
在一个完全实现的太空电梯中,一根令人难以置信的强大电缆将轨道平台连接到地球表面。电动车辆(通常称为“登山者”)将从地面穿过大气层直接进入太空。没有火箭发动机,没有G力将你钉在座位上。真的没有飞行。这是一个平稳的垂直骑行,以每小时200公里左右的悠闲节奏。从物理上讲,这将是一次轻松的旅行,不受传统太空发射的严苛考验。但它肯定不会是一个快速的。
为了使太空电梯工作,“顶层”需要在所谓的地球静止轨道上。这意味着平台的轨道周期将与地球的旋转周期相匹配,从外观(从我们的表面看)表明它在我们上方一动不动地盘旋。这与许多通信卫星所在的轨道相同,因为它无需在天空中主动跟踪它们。问题是,地球周围的地球静止轨道位于36,000公里(22,370英里)的高度。每小时200公里,登山者需要一周的时间才能到达那个高度。

可以想象,考虑到它的大小和复杂性,建造太空电梯将是非常昂贵的:日本公司Obayashi Corporation希望在2050年之前建造一个太空电梯,估计它将花费大约900亿美元。但是太空电梯是一种基础设施,如公路或铁路线。它预先花费了很多钱,但从长远来看它可以实现更便宜的旅行。经常“攀爬”,估计电梯可以将有效载荷的成本降低到每公斤220美元(每磅100美元)。这不到飞行已经非常便宜的Falcon 9火箭的成本的十分之一。
所以它的速度并不快,而且建造成本很高,但对于任何希望摆脱他们演变的磐石的文明来说,总体上听起来仍然是一项很好的投资。那么我们为什么不建一个呢?简单的答案是,我们不知道如何。
虽然这个原则看起来很简单,但物质科学仍然无法实现。建造一个可以进入太空的火箭(偶尔会回来,取决于谁建造它)已经在推动我们的冶金能力达到极限。但是可以在不断裂的情况下延伸36,000公里的电缆超出了我们目前的技术水平。碳纳米管最有希望,但我们还没有足够的精力与它们一起制造。
即将进行的测试将使用从国际空间站部署的两个1U CubeSats(每侧10厘米,每侧10厘米)作为地球和轨道平台。两个CubeSats将作为一个单元从国际空间站弹出,但随后会分开并相互离开。它们将通过10米(约33英尺)长的钢制绳索连接在一起,然后如果一切按计划进行,一个微小的机动登山者将试图从一颗卫星移动到另一颗卫星。
渲染STARS配置。
尺寸仅为6x3x3cm的微型登山者将是历史上第一个尝试这种机动的物体。从理论上讲,我们非常了解当小型骑手开始拉动电缆时会发生什么,但理论和假设在空间上并不总是很好。卫星上的摄像机将随时监控登山者,并将收集大量宝贵的实际数据,以帮助改进工程师未来进行大规模测试的计划。
这项任务建立在JAXA于2009年,2004年和2016年发起的先前空间系留自主机器人卫星(STARS)任务的成功基础上。这些任务测试了系绳的部署和稳定性,这也是第一次。在了解了拴系车辆如何表现之后,静冈大学STARS任务背后的团队现在有足够的信心进入下一阶段。
俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基于1895年首次构思,并在20世纪由亚瑟·C·克拉克和罗伯特·海因莱因等科幻名人的作品推广,太空电梯在“圣杯”方面仅次于经线驾驶 “太空技术。 有人认为,一旦人类拥有一个功能性的太空电梯,我们就会很好地进入殖民太阳系的道路。
到目前为止,我们实现该技术的尝试范围有限,但我们终于可以看到隧道尽头的第一瞥光。 我们还有几十年的历史,所以从太空中寻找替代方法还有很多东西可以获得。 但毫无疑问,我们现在比以往任何时候都更接近于淘汰自第二次世界大战以来几乎没有变化的火箭技术。