太空电梯（多图）

异形之用心

太空电梯（多图）                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        转帖自：http://hi.baidu.com/%D0%C7%BC%CA ... 7c3df43a87cea1.html
天梯(又譯太空電梯)是一種低成本將有效載荷從地球或其它星球(类地行星）的表面運輸到太空的解決方案。
這個方案旨在建造一部稱作天梯的運輸工具。天梯由幾個部分組成：

• 平衡錘：平衡錘是一個比較重的物體，放置於同步軌道上方。
• 纜繩：纜繩是一條十分長且結實的繩子，上粗下細，用於連接地面與平衡錘。
• 貨艙：貨艙用於裝載貨物，它可以順著纜繩在太空和地面之間上下移動。
• 地面基站：地面基站用於將纜繩固定在地面上，併為貨艙的移動提供能源，能量通過雷射傳送到貨艙。

對於建造在地球上的天梯，平衡錘需要位於距離地面約3.6萬千米上空，使用3.6萬千米長的纜繩與地面連接。這種纜繩必須十分結實，目前已經發現的材料中，只有碳奈米管可以勝任。包括平衡錘和纜繩的質心位於地球同步軌道的高度，同時為了保證整個裝置固定，地面基站通常建造在赤道附近，同時應該盡量選擇商業飛行較少的區域，以避免飛機與纜繩或貨艙相撞，同時纜繩和貨艙還必須能夠抵禦來自風和閃電的襲擊。
對於建造在月球上的天梯，要求相比地球要低，因為月球重力較小，且沒有大氣因素影響，自轉速度較慢，且為同步自轉。這種條件下，平衡錘可以建造在月球和地球的引力中點，即月球的拉格朗日點上。
天梯的概念最初出現在1895年，但是甚至就在幾年前，它還僅僅只是一種科學幻想，因為找不到一種合適的材料來製造足夠強度的纜繩。隨著近年奈米技術取得的突破性進展，建造一部現實的天梯已經成為可能，預計其建造成本約100億美元，遠少於國際太空站或太空梭計劃的投資。
天梯並不是唯一可以不使用火箭，直接從地球飛上太空的方案，其他的方案可以和天梯組成一個完整的登天系統。

• 軌道大炮(如質量投射器)
• 登天塔
• 軌道環
• 太陽能發電衛星
• 軌道天橋
• 天鉤

太空電梯 (Space elevator) 最早的構想是於 1895 年由俄國科學家 Konstantin Tsiolkovsky 所提出. 後來科幻小說家 Arthur Clarke 在 1979 年的時候, 將這個構想寫入他的科幻小說 The Fountains of Paradise. 當時有人問他覺得太空電梯什麼時候會成真, 他回答: “Probably about 50 years after everybody quits laughing.”（当人们都嘲笑它的可能性时的50年后。）
要實現這個構想的困難在於材料. 太空電梯必須要俱備強韌且質輕的纜繩. 由於在當時並沒有材料能夠承受如此巨大的張力, 所以這想法一直停留在理論階段.由於奈米碳管 的問世, 在 2004 年的時候, 美國維吉尼亞州科學研究中心的科學家 Bradley C. Edwards 提出用奈米碳管來建造一座十萬公里高的太空電梯的計畫, 在當時, NASA 和美國國會分別撥款 50 和 250萬美元來支持這項研究.
最近, 義大利杜林理工學院科學家Nicola Pugno提出,由於目前能做出來的奈米碳管缺陷仍然過大 (大約4微米會少一個碳原子), 所以奈米碳管纜繩的強度會比預期少70％,也因此無法達到太空電梯的需求. 另外, 即使能做出完美的纜繩, 其強度也可能因為在營運時受到侵蝕損傷而降低.
不過, 就如同其他許多神奇的科技, 也許在最開始的時候被人認為是不可能的, 但只要有人保持興趣繼續研究, 最後都還是會有實現的機會.

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十五年後坐電梯上太空？
「坐電梯上太空」百年來一直是科學家的奇想、科幻小說家的靈感。早在1895年俄國科學家Tsiolkovsky就幻想過這個點子，提出「太空電梯」的構想；科幻小說家克拉克（ArthurClarke）在1979年的小說「The FountainsofParadise」中也寫到有一條24,000哩高的太空電梯。現在，這個構想可能有實現的機會。
美國維吉尼亞州科學研究中心的科學家BradleyC.Edwards提出要建造一座十萬公里高的太空電梯，往返於地球和太空之間，且在15年內就能運作，成本只要約一百億美元。這個太空電梯是一條從地表拉起的十萬公里奈米碳管，碳管寬一公尺，厚度比紙還要薄，但能承載13噸的重物，而基台可活動，讓纜線能夠避開人造衛星，觀光客就可以搭乘升降機從這管子上下進出太空，如同坐電梯一樣。
美國航太總署已經撥款50萬美元來研究這項計畫，美國國會也撥款250萬美元協助研發。Edwards預估兩年後就可以研發出韌度夠強的奈米碳管，只要沒有政治或經費的阻礙，十多年內必能完成太空電梯的夢想。

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搭電梯上太空，再等一等！
太空電梯（天体）是構想中往來地球與太空的一種交通工具。電梯攀附在全長大約10萬公里的強韌纜繩上，纜繩其中一端連接在地表基地站，另一端縛上平衡物，若能使整體的質量中心保持在地球的同步衛星軌道，這樣，電梯就能順著筆直的纜繩升降運送物資。而建造太空電梯的首要問題就是纜繩，不僅要強韌還要質輕。
自從奈米碳管問世後，立即成為纜繩的最佳選擇：若用最小的碳密度（1.3g/cm3）來計算，並以寬約1公尺，厚如薄紙的形態做為電梯纜繩，則需要有63GPa的應力強度。而根據張力實驗，用單一的奈米碳管，理想上可以承受平均100GPa的應力，高於電梯纜繩需求。不過壞消息是，科學家發現即使是目前品質最佳的奈米碳管，都免不了有缺陷-大約4微米會少一個碳原子。
義大利杜林理工學院（polytechnicofTurin）科學家NicolaPugno根據模式計算發現，存在的缺陷會造成纜繩強度下降至少70％，意思是纜繩實際強度可能會低於30GPa，無法支持太空電梯運作。Pugno的模式結果已有實驗支持：多數的奈米碳管纜繩，強度其實遠低於1GPa。
從百奈米級的奈米碳管組成10萬公里的纜繩，當中的原子缺陷將造成整體強度減弱，即使我們可以製造完美無缺的奈米碳管纜繩，仍無法避免營運時，纜繩因受到微隕石、軌道中的人造物體撞擊、甚至是高空氧原子的侵蝕損傷而降低強度。
向NASA提出太空電梯可行性計畫的BradleyEdwards認為：若將纜繩以更緊密的方式纏繞，將可藉由增加的摩擦力來提升纜繩強度。但是，達拉斯奈米科技學院科學家RayBaughman反駁了這個說法，他的研究團隊以類似於Edwards構想的方式來纏繞纜繩，製造出的纜繩強度仍是低於1GPa。
建造“太空梯”一直都是众多人的梦想，一根长达10万公里的缆绳，一头连接着地球，另一头则连接着太空中的一个平衡锤，机器人升降机可以沿着太空梯升降，卫星、宇航员、游客以及货物都可以通过太空梯到达太空，而免去了火箭发射的必要。
但最近科学家却指出“太空梯”计划存在着一个致命缺陷，那就是在人们乘太空梯进入太空的时候，必然的要经过范艾伦辐射带，在受到这些大量的有害辐射时，人类很难存活下来。范艾伦辐射带是来自太阳风的高能粒子被地球的磁场束缚住的环绕地球的空间区域。这些粒子的高能量(数百万电子伏特)使得该区域对宇宙飞船也构成威胁。
新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室太空梯研究项目主任Anders Jorgensen说：“如果人类在毫无庇护的状态下通过该辐射带就会死亡。”
科学家曾计划将太空梯的一端拴在靠近赤道附近海洋中的一个平台上，另一端与太空中的一个平衡锤相连。辐射带最危险的部分是在离地1000公里到2000公里高度的地方。而当人们通过太空梯进入太空的时候，大约有三四天的时间会处在这个辐射带里面，他们所受的辐射量是阿波罗号宇航员所受辐射量的200倍。
离心力
当然科学家也想出了几种或许可以解决辐射问题的方法，但每一种方法都存在着或多或少的缺陷。其中一种建议认为可以将太空梯的地面端从赤道转移到北半球或者南半球，这样我们就可以避开范艾伦辐射带最强的辐射区。
假设我们将太空梯地面连接点定位在北纬45度的地方，缆绳就会在离心力的作用下转向南方，这样它将几乎水平的在大气层中运行数千公里，这就有可能遇到恶劣的天气而损坏缆绳。
另外一种建议认为可以沿着缆绳建造一些辐射防护站，可是这些防护站必然会给太空梯带来额外的巨大重力，干扰缆绳的自然动作。
还有人认为可以在升降机周围产生一个磁场来保护人们躲避辐射，但要形成这么一个磁场就需要大量的能量，供给这些能量又是件困难的事情，最后也只会导致给太空梯带去过多的重量，而让它升空就必须更多的能量。
位于美国华盛顿州中西部布雷默顿的LiftPortGroup公司是“太空梯”计划的主要推动者之一，该公司曾计划每次运送20个人上太空，而太空梯的自重就有100吨，这要比布雷德·爱德华兹20吨的计划重的多。爱德华兹曾为美国宇航局进行过太空梯研究，他还是美国达拉斯Carbon Designs的创始人，他曾设计用碳纳米管做太空梯的缆绳。
就辐射问题Jorgensen最后说：“我自信我们一定能解决这个问题，不过这个装置可能要变得的更加复杂而且更加昂贵。”

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图片欣赏：

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听说新型碳纳米管只要有头发那么细，就能掉起一辆卡车！！可是大部分的太空梯设计所使用的碳纳米管都是扁薄形的。
设想：

如果将碳纳米管制成绳子抽卷形（工艺上相对简单，结构又更坚硬），（不是爬着上，而是吊着上）只要有大概尼龙绳那样的粗度就好了。又不怕被流星撞击（因为面积小），把太空货物直接吊上去好了，货物到达太空时（几个小时后），由于处于失重，地面的发动机可以拉的更快。支当地球同步卫星将货物载停。这样，建造太空梯的工程又大大的减少。
首先将体积巨大的支当地球同步卫星发射，轨道定位后，将摆设在地面的碳纳米管绳索用火箭发射升空，后再由空间自由飞行器将处于惯性拉长的碳纳米管绳索借助（绳端具备精密的导航设备）借助，直往支当地球同步卫星套上后从另一端拉下来一直拉，后来飞行器才借助绳索返回地球；地面的人员又再将拉下来的绳索与另一个预备好的绳索将一个大货舱的两端各自接起来。不久就完成了。
不要怕支当地球同步卫星会被巨大质量的货物所拉下来，因为该卫星具有地球的同步离心力，速度很快的将重物抵消。

由于太空梯不是携带发动机与燃料的，而发动机设在地面，所以太空梯可以载更多的东西。一般的太空梯的设计都是有问题的（当然不排除此设计存有漏洞）
（一般的）
比如说载重不平衡，发动机设在太空梯上，所需的碳纳米管材料更多而制成薄型的碳纳米管（工艺较难）否更容易受到物体碰撞等，地面的风吹雨打都会影响其升空，还有它是使用轮子爬着上的，所以速度超慢的，又怕抓不稳容易滑落。。
（此设想的）好处：
利用吊着滑轮原理式升空，使用的材料较少，而且制成抽卷形（结构更坚硬，可承受更大的载重量），不怕风吹雨打带电问题与物体碰撞等，速度比一般的快得多，可以平衡吊起货物，太空梯的货舱结构可以根据运载物的形状而更换结构（必须将拆开的绳索先用金属杆套着，后将绳索套在更换的货舱新结构体中，货舱可由人造高性能金属制成），可载体积很大的货物；动力来源于地面的发动机，拖拉机（配合如何形式的高能发电厂）。地面基站用於将绳索固定在地面上，并为货舱的移动提供动力，地面基站通常建造在赤道附近，同时应该尽量选择商业飞行较少的区域，以避免飞机与绳索或货舱相撞。

至于支档地球同步卫星那方面，当进入位置后，将滑轮杠杆结构盛开（以便能将两个碳纳米管绳索间的距离广大，方便适应搭载物的直径。）支档地球同步卫星之上也可以装置巨大的太阳能半导体板接受阵（增加自身质量支持载重）支档地球同步卫星设有小型发动机供调整姿态与保持在36000千米高的地球同步轨道的第一宇宙速度。

要知道火箭进入太空静止时没给以动力，它是不会作惯性移动的，相反的它将慢慢向地球大气层靠近，并堕落于地球表面，如果火箭要加速，那么它的加速的线路是弯曲的（除非火箭的初速度达到第二宇宙速度以上），火箭的飞行路线过长时可能会被紧绳索拉着。

但是这个的设想是这样的：火箭进入地球轨道后火箭同时点燃备用发动机产生与地球自转的方向的相反的推力，以尽量将弯曲的路线减到最少，最后达到地球同步轨道（必须注意火箭再此必须将速度减到刚刚好第一宇宙速度以便达到与地球同步！）。

phoonwa

baidu的图片不能转载的啦

异形之用心

很对不起，只好进空间了，百度真是有点“败毒”

雪山盟

楼主，这是你本人的博客吗？

异形之用心

我的朋友 时常在百度跟他论坛，我是无id的，只用ip。。

雪山盟

icic，我也是百度的用户，想交流的说～～

异形之用心

原来如此呀，呵呵呵

p1ng

这真的是很震撼。 可以到这里看图片。

d2bd

谢些分享！！！！！！！！