随着超强纤维的发展,在6万英里高空上建造一个能把货物运往太空的升降机将成为现实——
2003年9月,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室主办了一次建造太空升降机设想的专题研讨会,有趣的是,会议的主题演讲是由素有科幻小说大家之称的亚瑟 · 克拉克(Arthur C. Clarke)从他斯里兰卡家中通过卫星发表的,他说:“我很高兴,人们正越来越认真地看待这一问题。”他于1978年发表的《天堂之泉》(The Fountains of Paradise)讲的就是这样一个太空升降机的故事。
1991年发明的毫微管是一种比钢的强度还要高许多倍的圆柱体碳分子材料,它的出现将有可能在10~20年内把这——看似无法实现的空想变为诱人的现实。
太空升降机概念图
组织这次会议的洛斯阿拉莫斯科学家布赖恩 · E · 劳伯斯彻(Bryan E. Laubscher)博士说:“只要我们可以制造,我们就应该去造。”就像19世纪后期的洲际铁路在欧洲开通那样,“我感到太空升降机将成为能通往太空的经典手段。”
既然进入太空有如此经济的手段,那么其他的一些宏伟工程,诸如收集太阳能并将其能量向地球集束发散的太阳能卫星,同样也可能成为现实。
参加这一个3天会议的共有60人,他们都是为这一理念而工作的科学家和工程技术人员以及富有求知欲的太空科学爱好者,还有洛斯阿拉莫斯附近的好奇者。
会议开始前一周应邀担任太空升降机计算工作的洛斯阿拉莫斯研究员史蒂文 · E · 帕塔米亚(Steven E. Patamia)博士说:“我首先想到的是,这真的能行吗?然而,当你进入情况后,你就会感到这是有道理的。尽管还有很多的技术难题,但是都可以解决。”
最初萌发太空升降机的想法距今已有一个多世纪了。1895年,比其他人早十年就设想出火箭推进力和太空遨游可行方案的俄国梦想家康斯坦丁 · E · 茨沃科夫斯基(Konstantin E. Tsiolkovsky)曾设想在围绕欧洲的轨道上建造一座属于天空城堡的数千英里高的塔,在绕轨道飞行的城堡产生离心力的作用下,那座塔就被带上天空(设想在绳索的一端系上一块石头后将绳索转动起来)。
然而,这一想法在那时根本无法实现,钢是当时所知道的最为刚强的一种材料,但由于它本身的重量太重,不足以承受那么重的物体。而一些科学家不时重提茨沃科夫斯基的设想,却又激发起了克拉克先生这一类科幻作家的热情。
1999年,美国宇航局以一种更为认真的目光对毫微管刮目相看。一些科学家预想用毫微管材料制成刚强无比的缆索,让磁浮汽车上下穿梭。这种玩意将如此巨大,以至于不得不逮住一个小行星,把它拖到地球轨道上来充当配重保持平衡以助升降机一臂之力。
为减少天气特别是闪电对它的干扰,美国宇航局的科学家们设想塔状的空间站至少应建在十英里高的空中。
关于时间问题,曾在洛斯阿拉莫斯工作过的布兰德利 · C · 爱德华兹(Bradley C. Edwards)博士读到过一篇极为悲观的文章,文章估计至少在300年以后才可能造出太空升降机来。
爱德华兹说:“至今为止,还没有听到为何无法造出太空升降机的理由。”因此,他把这看作是一个希望。
爱德华兹把美国宇航局的这一想法归纳为“赖特兄弟的翻版”,一条3英寸宽而薄如片纸的缎带从地球表面伸展开去达6万英里之远。
他建议美国宇航局的先进理论研究所给他提供57万美元的经费以使这一想法趋于完美,他的研究成果就写在他那本题为《太空升降机》(Spagco,2002)的书中。
这种设备不是运用磁悬浮的原理,而是依靠数片被紧紧压进缎带的油箱状板块的引力将自身往上拽而将重达13吨的货物提升起来。这种设备到达地球同步轨道约需一周时间,在22300英里的高空上,卫星在——天之内始终精确瞄准地球上的某一个点绕地球飞行。
首台太空升降机将只是作上升飞行,在其顶部,工作平台只是附属于配重或者被抛入太空。爱德华兹说,除了用于制作缎带的材料以外(至今最长的毫微管只有数英尺)所有必要的基本技术都已具备。他希望科学家们在未来几年内能够研制出足够刚强的毫微聚合物来。
爱德华兹现在担任科学研究所的研究部主任,该研究所是一个独立性机构,也是与洛斯阿拉莫斯共同主办这一会议的主办者之一。
爱德华兹估计建造首台太空升降机的费用约为6200万美元,尽管预测一、二十年的研究和开发会带有一些不确定因素,然而“费用翻倍也许是一个好兆头"。他说:“这是比较符合实际的,我们说建造费用接近6000万美元而不是6亿美元。”
以后的建造费用将会便宜些,每个约为2000万美元,因为首台升降机可望用来运送材料。相对而言,建造并经营一个国际空间站的费用估计将大大超过1亿美元。
爱德华兹表示,对于其他的一些担忧,他能够找到合理的解决方案,升降机基地可以是近赤道处的东太平洋上一个活动的海洋平台,它远离商业航线数百英里,且易于防守,不易受到恐怖袭击。飓风不会越过赤道,该地区闪电也相当少见。因为基站可以移动,升降机驾驶员可以避开低轨道上的宇宙碎片。在缎带的某些地方还可以加涂上一层铝以防止毫微管内的碳原子与氧气作用而发生腐蚀。
爱德华兹甚至预言以后的升降机可以在月球上或火星上去制造,这将大大简化并提高穿过太阳系作宇宙飞行的速度。
在位于加州帕沙代那(Pasadena)的美国宇航局喷气机推进实验室从事行星:飞行系统研究的首席工程师金特里 · 李(Gentry Lee)说:“如果这一理想能够实现,那就太棒了。这个想法听起来很有道理,一年花费几百万美元使这一技术产生效益,我认为这个设想很有希望,这些经费也不是多得无法启口。”
与会的一些科学家们也提出了他们对细节问题的考虑意见,比如,出现在升降机上的颤动看起来像是一根长长的吉他琴弦被人弹拨着,这问题看来是不难处理的。
然而,洛斯阿拉莫斯的安德思 · 乔根森(Anders Jorgensen)博士不无担忧地说,缎带穿过地球磁场不断地摇曳将会产生很强的电流,由于升降机的速度相对较慢,那么,一个大问题就可能出现,即任何人从带有高能粒子气阱的地球磁场穿过时都可能受到相当数量射线的侵害。
科学研究所的程序经理凯利 · R · 巴特勒(Carey R. Butler)说:太空升降机的后勤问题“看来也是一个有意思的问题"。其想法是将一艘载有缎带原线轴的太空飞船发射到地球同步轨道中去,当缎带展开并下落时,在相同的地球轨道高度上,太空飞船为了保持质心或平衡点将会飞得更高一些,当缎带接触地面之时,太空飞船已经到了50000英里的高空。
当缎带登.上基站后,太空飞船便再次展开1000英里的缎带,然后约为230个机械结构的一组平台将逐一登上被不断展开的缎带。
爱德华兹认为,虽然从技术上说是可行的,而工程上仍需要花费几年时间,“显然,还有很多事情要做。”
克拉克先生曾提出在太空升降机发送之前就利用地球同步轨道上的卫星进行通联的主张,他认为他有可能活着看到这——科学幻想变成现实的一天。克拉克说:“我现在86岁,再过20年,不过才106岁,也许我还能看到这一天。”
[the New York Times,2003年9月23日]