人类的通天塔:太空电梯能变成现实吗?它的原理又是怎样的？太空电梯的工作原理在这个艺

太空电梯的工作原理

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在这个艺术家的概念中，升降机将能够携带多达13吨的货物进入太空，由激光束推动。更多的太空探索图片。（图源：LIFTPORTGROUP）
1981年4月12日，哥伦比亚号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，开始了第一次航天飞行任务，也意味着可重复使用航天器的梦想实现了。从那以后，美国航天局已经完成了100多次太空任务的发射，但航空任务的花费变化不大。无论是航天飞机还是不可重复使用的俄罗斯航天器，一次发射成本约为每磅1万美元（每公斤2.2万美元）。

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正在开发的一种新的空间运输系统可以使前往静地轨道（GEO）的旅行变得更稀疏平常，并且能使全球经济有所改观。
由碳纳米管复合材料带制成的太空电梯被固定在一个近海平台上，由一个小型配重延伸至太空，长约62000英里（100000公里）。然后，附着在缆带上的机械升降器会沿着缆带爬升，将货物和人类送入太空，成本仅为每磅100至400美元（每公斤220至880美元）。
【人类的通天塔:太空电梯能变成现实吗?它的原理又是怎样的？】在这篇文章中，我们将了解到太空电梯的概念是如何从科幻小说走向现实生活的。
太空电梯缆带

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太空电梯末端的配重物将使碳纳米管缆带保持紧绷状态。（图片来源：LIFTPORTGROUP）
为了更好地理解太空电梯的概念，我们联想一种绳球游戏，绳子一端系在一根杆上，另一端系在一个球上。通过这个类比，那么绳子是碳纳米管复合缆带，杆是地球，球是配重物。现在，想象一下，球不断地绕着杆子高速旋转，使绳子保持紧绷状态。这就是太空电梯的大体构想。配重物绕着地球高速旋转，使缆带保持绷直，自动升降机在缆带上上下移动。

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根据LiftPort提出的设计，太空电梯的高度大约为6.2万英里（10万公里）。 LiftPort是为太空电梯及其零件进行设计开发的几家公司之一。来自世界各地的团队在2006年10月，新墨西哥州拉斯克鲁斯，举行的X奖杯太空电梯比赛中争夺40万美元的一等奖。

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电梯的核心部件是碳纳米管复合材料缆带，它只有几厘米宽，几乎和一张纸一样薄。 1991年发现的碳纳米管让科学家们相信太空电梯是可以被建造出来的。据太空发展基金会的布拉德利·爱德华兹博士说：“过去，在材料方面面临的挑战太大了。但现在我们在制造碳纳米管和建造相应的机器方面已经越来越先进，这些机器可以将材料拉伸出足够的长度，用以制作延伸至太空的缆带。 ”

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根据一些早期的计划，剩余的建筑材料将被用制作成配重物。（图源：LIFTPORTGROUP）
碳纳米管的强度可能是钢的100倍，并且具有塑料的柔韧性。这种强度来源于其类似于足球的独特结构。一旦科学家们能够将碳纳米管制成纤维，就有可能制造出用于制作太空电梯缆带的线。以前可用的材料要么强度不足要么就是柔韧度不够，无法制成缆带，而且很容易断裂。
LiftPort集团研究总监汤姆·纽金特说：“它们的弹性模数非常高，抗拉强度也非常高，这一切都说明，这种材料理论上应该能使太空电梯的建造相对容易一些。 ”

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一条缆带有两种制作方式：
将长碳纳米管——几米长或更长，编织成类似于绳子的结构。截至2005年，最长的纳米管仍然只有几厘米长。
较短的纳米管能被放置于聚合物基质中。目前的聚合物不能很好地与碳纳米管结合，这导致了碳纳米管处于张力下时基质被拉离。
如果一条长碳纳米管缆带能被制造出来，它会被卷成一个线轴，然后送入轨道。当运载着线轴的宇宙飞船到达一定高度，比如低地球轨道时，它就会开始解开线轴，将缆带一端下降放回地球。同时，线轴将继续向更高的高度移动。当缆带降到地球大气层时，它会被捕获，然后降落并锚定在海洋中的移动平台上。