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Mar. 07 2014

電梯上樓,請問您要上太空嗎?

  • 電梯上樓,請問您要上太空嗎?

    電梯上樓,請問您要上太空嗎?

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研究假設,半套的太空電梯不用將纜線一端架設在地球。

奈米科技提供了高強度、輕質量的纖維來製作太空電梯的纜線。繪圖:PAT RAWLING, NASA

撰文:Joseph Bennington-Castro

想靠纖細的繩索登上月球嗎可搭載衛星進入地球同步軌道geosynchronous orbit「半套」太空電梯space elevator),可能就是這趟月球之旅的車票。(相關閱讀:〈逃離地球:太空電梯真的會成功嗎?〉)

在最新一期的期刊《Acta Astronautica》裡,研究學者指出若搭乘兩端都架在外太空(無纜線繫於地球)的太空電梯,可能可以省下四成飛到高軌道(high orbit)的太空旅行費用。

受到科幻大師亞瑟.C.克拉克(Arthur C. Clarke)1979年的小說《天堂的噴泉》(The Fountains of Paradise)啟發,科學家長年專研這個全套太空電梯的概念。若是可行,太空電梯將從地球表面的赤道點出發進入太空,升降長度是地球與月球距離的1/4。而半套的太空電梯雖然升降長度不到一半,但就不必將纜繩的一端架設在地球。

「我認為和全套太空電梯相去不遠的半套太空電梯,絕對更值得探索,」太空工程師史蒂芬.柯罕(Stephen Cohen)表示,他是加拿大蒙特婁瓦尼爾學院的物理教授和部落格The Engineer’s Pulse的經營人,沒有參與這項新發表的研究。

而在太空電梯之後的交通選擇則是高成本的太空火箭,現今以火箭搭載物品到一般通訊和電視衛星駐行的地球同步軌道,運送成本大約為每公斤25000美元

麥吉爾大學的研究提出不同看法,他們認為以目前的材料強韌度來看,並不足以支撐巨大的全套太空電梯到達預設的高度。相反地,若是較小型的電梯就有希望多了。

「我們可以把它當作全套太空電梯的第一塊組件,」加拿大蒙特婁麥吉爾大學的帕蜜拉.伍(Pamela Woo)表示,她是研究的共同發表人。「我們可以從半套太空電梯開始,或許以後再延伸到地球。」

節省能源

如果真的建造了半套太空電梯,會有以下這四個部分:基座、平衡錘、栓繩和爬升器。

基座會架設在低軌道(low Earth orbit)的某處,從地球表面上方大約160到2000公里的高度都可以算是低軌道的範圍。

ART: STEFAN MORRELL. SOURCES: BEN SHELEF, PETER SWAN, TED SEMON, INTERNATIONAL SPACE ELEVATOR CONSORTIUM

火箭 vs. 電梯

在這份研究中,伍和她另一名麥吉爾大學的共同發表人亞倫.密斯拉Arun Misra)計算了以兩種不同路線從低軌道發送太空飛行器到地球同步軌道所需的能量。一個是以火箭搭載太空飛行器直接進入地球同步軌道;另一個則是先以火箭帶著太空飛行器到半套太空電梯的基座,然後再用爬升器運載到地球同步軌道。

在大多數的演算方案裡,半套太空電梯的耗能都遠遠低於傳統的火箭運輸。「大致說來,使用較長的栓繩可以省下更多能源,」伍解釋。

把發射到低軌道所省下的費用納入考量,其運送成本約為每公斤5000到1萬美元,比起直接發射到地球同步軌道算是便宜很多。

柯罕建議如果電梯是以太陽能發電,可能還可以省下更多能源。但他也表示,全套太空電梯會更好,因為就完全不需要火箭了。

國際太空電梯聯盟International Space Elevator Consortium 會長彼得.史旺(Peter Swan)也表示同意。「如果繼續以火箭作為太空交通工具,我們就注定要待在又震又晃又吵、成本又高的空間裡運行。」

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