太空電梯新構想:用現有材料,在地球靜止軌道和月球間建造一條纜線

(圖:Futurism)

哥倫比亞大學(Columbia University)和劍橋大學(Cambridge University)的研究團隊提出一種新的太空電梯設計,命名為「太空線」(Spaceline),有望讓逃離地球引力更容易,同時大幅降低太空旅行的成本。

太空線

太空線的一端將固定在月球表面,另一端像鉛錘一樣沉入地球周圍的地球靜止軌道(geostationary orbit)。太空船不需一路飛離地球引力,只需要到達太空線的端點,就可以減少火箭發射的成本和挑戰性。一旦達到真空的宇宙,沒有重力和大氣壓力,太空船就能接上太陽能動力的「太空電梯車廂」並沿線爬升,運送人員和物資進入宇宙。研究團隊指出,太空線可能可以用現有的材料建造,增加了太空旅行,甚至軌道殖民地的可能性。

研究人員劍橋大學研究生賽佛·潘諾萊(Zephyr Penoyre)表示:「這條纜線就像是一種基礎設施,像早期的鐵路一樣,人們和物資沿著它移動,會比相同旅程的其他方式更加簡單容易。」

材料限制

對於任何現有的材料來說,從地球上出發的太空電梯都不切實際,太空電梯移動的過程中,地球的引力和旋轉速度會將纜線扯斷。但研究人員表示,當纜線僅拴在月球上時,災難性崩壞的風險會降低。研究團隊指出,奈米碳管將是最好的材料,但其仍無法以實際尺寸建造。研究團隊分析後發現,似乎有幾種現有材料可以滿足強度與實際尺寸應用的挑戰。

潘諾萊表示:「選出可用在實際尺寸建造的材料是個好辦法。唯一要補充的是,它還需要能夠在太空環境下耐用。我已經大概研究過,雖然我不是材料科學方面的專家。我經常在計算中使用迪尼瑪(Dyneema,又稱超高分子量聚乙烯)作為材料性質的範例,它有一些非常好的特性。」

現實考量與未來假想

至於纜線本身,研究人員研究了許多形狀,最終定案的纜線形狀是兩端極細而中間加粗,因兩端細而不會在重力下崩塌,中間較粗可以防止被扯斷。不過,研究團隊沒有考慮到近地軌道上太空碎片的碰撞問題。

如果一切順利,太空線最終將會實現。研究人員設想了未來情景,人類可以將太空望遠鏡、研究中心和其他可以在拉格朗日點(Lagrange point)懸停的設施繫於太空線上。

潘諾萊表示:「與低地軌道不同,拉格朗日點是建造設施的最佳地點,我們可以想像預製的建材被送上太空線,並組裝成一個不斷增長的殖民地。想想早期的南極基地,最初可能在任何時候只有三名工程師駐守,但令我驚訝的是,現在有數千人每年在南極洲度過了好一段時間,最終拉格朗日點也會是如此。」

參考資料:

  1. Robitzski, D. (2019, August 27). These researchers want to run a cable from the Earth to the Moon.
  2. Penoyre, Z. & Sandford, E. (2019, Aug 25). The Spaceline: a practical space elevator alternative achievable with current technology. arXiv.org
  3. Holger, D. (2018, February 7). Why Space Elevators Could Be the Future of Space Travel.
EA
實習編輯,初出茅廬的社會新鮮人,在生活的庸碌中探索理想、生活還有理想的生活的模樣。

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