太空绳

来源 :飞碟探索 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanmh
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  当人类起初考虑要在月球和地球之外的其他星球上定居时,他们可能不会想到用现代火箭技术。相反,太空旅行和定居可能会依赖于一项在有历史记载以前就发明的技术——绳子。
  怎样只用绳子就能推动物体穿越太空呢?让我们先考虑两种情景:第一种情景是两个人造卫星用一根粗粗的绳索连着,其中一个卫星可以用这根绳子把另一个扔到另一个轨道,就像是猎手用弹弓投掷石块一样。这一理念可以用来把一个有效载荷发送到月球或者更远的太空。第二种情景是如果绳子是一根能导电的电线,通电后它将会与地球的磁场相互作用从而产生推动力。动量转移和电力学就是利用这两种情况的优点来进行运动的。不用消耗大量的推进剂,它们的工作原理仅仅是从一个已经在轨道中运行的物体上获取一点动能,或者是使用太阳能电池板提供的电能。迄今为止,有17次太空任务已经使用到了绳子,其中大多数任务都圆满成功,但是普通大众仅仅知道其中的两次失败的任务。在1992年,意大利航天局本打算把一个自己建造的人造卫星,在其离开地球后把它向上抛向太空,这颗人造卫星起初是被一根用绝缘铜线做成的长绳子连接在“亚特兰蒂斯”号航天器上的。但是后来线轴机卡住了,导致实验失败。4年后,美国航空航天局进行了另一次尝试。在那次任务中,当绳子伸展到20千米时,航天器在地球磁场的穿梭运动使航天器上的绳子设备具有了3500伏的电压。此外。意大利人造卫星有一个通向电离层的电力管道,这使得安培级的电流可以通过绳子。这个实验说明这种电动绳子可以把航天器的动能转化为千伏电力,反之亦然。然而不幸的是,绳子上的绝缘部分存在一个缺陷,使得带有高功率的电弧从绳子上跳到了调度装备上,而且电弧也烧坏了绳子。不过尽管这次破坏使得项目的电动部分被迫中止,但是它却无意中表现了动量是如何转移的。当时,意大利人造卫星在航天器上空20千米的地方,在力的推动下,它正以高于轨道速度的速度向更高的地方飞去。不过结果却是,当绳子被烧断后,过多的动能使得人造卫星被推到了绳子7倍长度的高度,大约飞到了航天器上空140千米的位置。
  1993年,在圣地亚哥人们为了验证约瑟夫·A,卡罗尔提出的绳子应用理论,一个有效载荷被连接在一根从一个巨大人造卫星放下的长约20千米的绳子上。因为当时有效载荷的速度要比一个处于相同轨道高度的物体应当有的速度慢,所以在恰当的时候切断绳子会使有效载荷降落到地球地表上预定的那一点。绳子应用理论现在正在被用于开发一种返回舱和纽带,国际空间站正利用它们把紧急货物送往地球,其中包括不能等待下次航天器飞行的有效载荷。1994年,在一次相关任务中,一个有效载荷被拴在一根20千米的绳子上,以此来检验这根与风筝线一样细的绳子能在与微小流星和空间碎片的碰撞中维持多长时间。一根绳子的预期寿命只有12天,而且它也很有可能被一个高速飞行的像一粒沙子一样大的微小颗粒割断。实际情况是绳子在4天后就被割断了。这个实验表明,需要做很多根相互独立的绳子,这样它们就不会被同一个小颗粒割断。1996年6月发射的两颗人造卫星就用了一根长4千米的绳子连接在一起,它在太空轨道中被使用了3年还没有被割断。
  在进行的另一项实验中,美国海军研究实验室和国家侦察办公室用一个不同的设计对绳子进行了检验,它是一个细细的、有3厘米宽的塑料带子,上面包满了具有较大强度的纤维管。这根长6千米的绳子可以在太空中使用很多年,但是塑料带子使它的重量增加了。我们公司是位于华盛顿克林顿的无限缆绳公司,正在与都位于苏格兰基马诺克的卡尔津织物公司和弗莱明斯纺织品公司合作制造一种多线性的、中空的、鱼网状的绳子,它们可能在太空中被使用数十年。其他类型的绳子也在计划生产。位于密歇根州荷兰市的密歇根科技公司计划在2000年用航天器把两个用一根2千米绳子拴在一起的科研用包裹释放在太空中。2000年年的一项任务能够展示一根通电的绳子能调低“三角洲2”号上面级的轨道。在无限缆绳公司,我们正研发一种美国航空航天局理念的商用型版本,一种可以在发射前连接在一个卫星或者上面级的小包裹。当航天器完成其使命或者出现故障,这种通电的缆绳就会展开。并且把航天器拖离地球磁场,从而使航天器迅速失去控制直到在大气上层燃烧。美国航空航天局也会考虑把这种电动缆绳作为向上的推动力。在该系统中,太阳能电池板将会给缆绳通一股电从而使缆绳把航天器拖离地球磁场。由此产生的力量可以使有效载荷无限期地绕地球运行。这种方法可以用来保证国际空间站在轨道上不停的运行而不用重新补充燃料。
  绳子在多大程度上影响人类的未来呢?我们和其他人分析了一种有几百千米长的可以像车轮一样转圈,用以把有效载荷发送到月球或者更远地方的缆绳系统。想法很简单,就像人猿泰山从一根藤条上荡到另一根上一样。首先,一根低轨道缆绳把有效载荷从可重复使用的航天器上拿起,然后把它运送给另一个在更远的椭圆形地球轨道的绳子。然后第二根绳子就把有效载荷扔到月球上,被另一根早就在轨道上的绳子接住。而这跟绳子就以适当的速度沿着月球像车轮一样翻转,在接到有效载荷后,就会轻轻把它降在月球表面。与此同时,绳子还可以拿起另一个有效载荷。如果传送和拿起的物体重量平衡时,就不需要推进剂。这种传输方式可以打造通往月球的高速公路,这样就使频频造访月球成为家常便饭。很明显,要使这一个系统成为现实还要面临很多技术上的难题,但是开放一种新的太空飞行方式的潜力是巨大的。或许有一天,会有无数的车轮状的绳子围绕着行星和月球,它们带来了喧闹和星际商业的喧嚣,而这一切将开始于一条绳子。
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