太空电梯将如何工作

为了更好地理解太空电梯的概念，可以想想游戏“绳球”，在这个游戏中，一根绳子一端系在一根柱子上，另一端系在一个球上。在这个类比中，绳子是碳纳米管复合带在美国，杆子是地球，球是平衡物。现在，想象一下，球被放置在绕着杆子不停旋转的位置，旋转的速度如此之快，以至于绳子一直绷紧。这就是太空电梯的大致概念。配重绕着地球旋转，使缆绳保持平直，让机器人升降机在缆绳上上下移动。

根据…提出的设计LiftPort在美国，太空电梯将达到大约62,000英里(100,000公里)的高度。LiftPort是开发太空电梯或其组件的几家公司之一。来自世界各地的团队将角逐太空电梯游戏的40万美元一等奖X奖盃2006年10月在新墨西哥州的拉斯克鲁塞斯

电梯的核心部件将是碳纳米管复合材料带，只有几厘米宽，几乎和一张纸一样薄。1991年发现的碳纳米管使科学家们相信太空电梯是可以建造的。根据布拉德利·爱德华兹医生的说法太空发展基金会“以前，物质方面的挑战太大了。但现在，我们在制造碳纳米管和制造机器方面的进展正在接近，这些机器可以旋转出所需的巨大长度的材料，以创建一条可以延伸到太空的缎带。裁判］．

碳纳米管有成为纳米材料的潜力比钢坚固100倍并像塑料一样柔软．碳纳米管的强度来自其独特的结构，类似于足球。一旦科学家能够用碳纳米管制造纤维，就有可能制造出用于太空电梯的丝带。以前可用的材料要么太弱，要么太不灵活，无法形成缎带，很容易断裂。

LiftPort Group的研究主管汤姆·纽金特(Tom Nugent)说:“它们有非常高的弹性模量，抗拉强度也非常高，这一切都表明，从理论上讲，这种材料应该能让太空电梯相对容易建造。”

丝带可以通过两种方式构建:

一旦形成了一根纳米管的长条，它就会缠绕在一个线轴上，然后被发射到轨道上。当携带卷轴的宇宙飞船到达一定高度时，也许是近地轨道，它将开始解开卷轴，将丝带放回地球。与此同时，线轴将继续向更高的高度移动。当缎带进入地球大气层时，它会被捕获，然后降低并固定在海洋中的一个移动平台上。

这条缎带将充当一种通往太空的铁路轨道。然后用机械升降机将缎带爬上太空。

虽然ribbon仍然是一个概念组件，但太空电梯的所有其他部件都可以使用已知的技术来建造，包括机器人升降机，锚地和能源传送系统．等到“丝带”建成的时候，其他组件也将在2018年左右准备好发射。

升降机

机器人升降机将使用丝带引导其进入太空。升降机上的牵引胎面滚轮将夹住缎带，并拉着缎带穿过，使升降机能够爬上电梯。

锚地

太空电梯将从赤道太平洋的一个移动平台出发，这个平台将把缎带固定在地球上。

抗衡

在丝带的顶端，会有一个沉重的抗衡．早期的太空电梯计划包括捕捉一个小行星并用它作为平衡物。然而，LiftPort和科学研究所(ISR)最近的计划包括使用人造配重。事实上，配重可能是由制造缎带的设备组装而成的，包括用来发射缎带的宇宙飞船。

能量束

升降机将由自由电子激光系统位于锚站上或附近的。激光将发射2.4兆瓦的能量到光伏电池，可能由砷化镓(GaAs)附着在升降机上，然后将能量转化为电用于传统的铌磁铁直流电动马达根据ISR的说法。

一旦投入使用，升降机几乎每天都可以爬上太空电梯。升降机的大小从最初的5吨到20吨不等。这个20吨重的升降机将能够携带多达13吨的有效载荷，并有900立方米的空间。升降机可以装载的货物范围从卫星来太阳能面板和最终人类以大约每小时118英里(190公里/小时)的速度上升。

在62000英里(10万公里)的长度，太空电梯将容易受到许多危险，包括天气、太空碎片和恐怖分子。随着太空电梯设计计划的推进，开发人员正在考虑这些风险和克服它们的方法。事实上，为了确保总有一个运行中的太空电梯，开发商计划建造多个太空电梯。每一个都会比前一个便宜。第一个太空电梯将作为一个平台，从那里建造更多的太空电梯。在这样做的过程中，开发人员确保了即使一个太空电梯遇到问题，其他电梯也能继续将有效载荷送入太空。

避免空间碎片

就像空间站或航天飞机在美国，太空电梯需要有避开轨道物体的能力，比如碎片和卫星．将使用锚平台主动回避以保护太空电梯免受这些物体的伤害。目前，北美航空航天防御司令部(NORAD)跟踪的物体大于10厘米(3.9英寸)。保护太空电梯需要一个轨道碎片跟踪系统，它可以探测到大约1厘米的物体。39英寸)。这项技术目前正在为其他太空项目开发中。

LiftPort的汤姆•纽金特(Tom Nugent)表示:“我们的计划是将丝带固定在海上的一个移动平台上。”“你可以移动你的锚，把缎带从卫星的位置拉出来。”

排斥的攻击

宇宙电梯的孤立位置将是降低恐怖袭击风险的最大因素。举个例子，根据LiftPort的说法，第一个锚点将位于赤道太平洋，距离任何航空或海运航线404英里(650公里)。只有一小部分空间电梯将在任何攻击范围内，9.3英里(15公里)或以下。此外，太空电梯将是一种宝贵的全球资源，可能会受到美国和其他外国军事力量的保护。

太空电梯对全球的潜在影响正被拿来与另一项伟大的交通成就——美国横贯大陆的铁路——进行比较。这条横贯大陆的铁路于1869年在犹他州的普罗蒙特利(Promontory)建成，首次连接了美国的东西海岸，加速了美国西部的殖民进程。全国旅行从几个月减少到几天。它也开辟了新的市场，产生了全新的产业。到1893年，美国有5条横贯大陆的铁路。

太空电梯的想法与横贯大陆的铁路有许多相同的元素。太空电梯将创造一个永远不会关闭的地球到太空的永久连接。虽然它不会使太空旅行更快，但它会使太空旅行更频繁，并将开辟太空发展的新时代。也许推动太空电梯这一想法的最大因素是，它将显著降低将货物送入太空的成本。尽管比化学推进的航天飞机慢，但这种推进器将每磅的发射成本从1万美元降低到2万美元，降低到大约400美元。

据《太空电梯，NIAC第二阶段最终报告》的作者布拉德利·爱德华兹(Bradley Edwards)说，目前估计建造太空电梯的成本为60亿美元，法律和监管成本为40亿美元。(爱德华兹同时也是布莱德利·卡尔·爱德华兹博士，碳设计公司的总裁和创始人。)相比之下，1971年航天飞机计划的成本预计为52亿美元，但最终花费了195亿美元。此外，每次航天飞机飞行的成本为5亿美元，是最初估计的50多倍。

空间电梯可以代替航天飞机作为主要的空间运载工具，并可用于航天飞机的飞行卫星部署、国防、旅游并进一步探索。对于后一点，宇宙飞船将沿着电梯的带子往上爬，然后在太空中向主要目标发射。这种类型的发射需要的燃料比正常情况下冲出地球大气层所需的燃料要少。一些设计师还认为，太空电梯可以在其他星球上建造，包括火星。

美国宇航局资助爱德华兹博士的研究达三年之久。然而，在2005年，它只授予研究太空电梯的公司2800万美元。虽然它对这个项目仍然很感兴趣，但目前它宁愿坐下来等待更具体的发展。

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