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良心农人陈明利:把半生交给了蔬菜 带领村民致富

2019-09-21 10:50 来源:中国新闻采编网

  良心农人陈明利:把半生交给了蔬菜 带领村民致富

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科幻终会实现?搭乘电梯去太空或许没什么不可能

2019-09-21 08:45:00 中国科技网 分享
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无论麻醉医生如何解释分娩镇痛的麻醉药浓度不会对产妇和胎儿造成影响,他的态度依旧坚决。

  “女士们,先生们,欢迎大家搭乘太空电梯。我们第一站将抵达月球平台,整个行程需要5小时,请大家在享受整个旅程之前系好安全带并坐好。太空电梯上升的过程中,大家可以欣赏玻璃窗外的景色,比如地球的球面变化以及天空将从深蓝色变成黑色,这应该是你看到的最为激动人心的景观之一……”

  这听起来像科幻小说里的一个章节,但它或许某天将成为现实,因为现在科学家们正在考虑下一个遥远的太空运输系统——太空电梯。

  太空电梯,100多年前就被提出

  在《圣经·创世纪》中有这样一则故事——地面与天空用“天梯”连接,人可以通过“天梯”往返天地之间。雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子,称之为雅各布天梯。

  而太空电梯的概念最早在1895年提出。当时,俄罗斯火箭专家齐奥尔科夫斯基从巴黎的埃菲尔铁塔得到灵感,大胆提议从地球的表面到其静止的轨道高度建一个“独立的塔楼”,并通过一条缆绳和一个电梯舱,将“塔楼”与地面连接起来,这样太空飞船就可以不通过火箭发射进入轨道。不过,当时看起来简直是天方夜谭,甚至有人嘲讽他不如“改行去写科幻小说”。

  不过自从太空电梯的概念被提出后,确实也成为了科幻小说中常见的创作元素。1978年,被誉为现代科幻三巨头之一的阿瑟·克拉克,就曾将这一设想写进了他的科幻巨著《天堂之泉》(Fountains of Paradise)。这部小说描绘了在一座热带岛屿上,人们可以通过落在赤道上的一座天梯前往太空观光或运送货物。

  2015年世界科幻小说最高奖“雨果奖”的获得者刘慈欣,在其科幻著作《三体》中,也多次提及太空电梯。其中有这样一段描述:

  “所有的太空电梯都只铺设了一条初级导轨,与设计中的四条导轨相比,运载能力小许多,但与化学火箭时代已不可同日而语,如果不考虑天梯的建造费用,现在进入太空的成本已经大大低于民航飞机了。”

  不光在文学界,在现实社会中太空电梯也激发了科研人员的兴趣。特别是随着人类探索太空步伐的加快,科学家逐渐沉下心来思索,能否将太空电梯变为现实?

  “我喜欢这个异想天开的创意,”伦敦大学学院高度、空间和极端环境医学中心创始人凯文·方在接受BBC新闻的采访时说:“我能理解人们为什么被太空电梯的概念吸引,如果我们能以廉价和安全的方式进入太空,整个太阳系就会成为我们的囊中之物。”

  预计耗资近百亿美元,值得吗?

  太空电梯之所以能点燃各国的研究热情,成本方面是主因。据国际宇航科学院(IAA)报告统计:一旦太空电梯建立,携带负载进入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元,足以为人类省下一大笔天文数字。

  这主要是因为化学火箭的燃料占80%的空间,14%为主要结构,只有6%可以载人,发射以及回收成本高昂。相比之下,太空电梯则拥有小体积、低耗能的优点。

  而且加拿大托特技术公司也估算过,太空电梯应用后,航天飞机的太空飞行成本能节省大约三分之一,大大提高人类造访太空的频率,此举将开创人类探索太空的新纪元。为此,目前全球已有数个太空电梯项目在加快步伐执行。

  1991年,碳纳米管被日本研究员饭岛意外发现,这种新型材料具有拉伸强度高、抗形变力强等极佳的力学性能,被科学家认为是制作电梯的最理想材料。

  8年后,受美国国家航空航天局(NASA)资助,洛斯阿拉莫斯国家实验所布拉德利·爱德华兹博士制订出使用新型碳材料制造太空电梯的方案,并发布了用碳纳米管材料制作太空电梯的可行性报告。而且他指出,太空电梯的成本为70—100亿美元,这远远低于大型的太空项目。

  时光转到21世纪,美国、日本等国越发重视对太空电梯的研发和建造。2019-09-21,NASA正式宣布太空电梯已成为世纪挑战的首选项目。

  2012年新加坡《联合早报》曾报道:日本大林建设公司首次完整提出太空电梯计划,并声称能在2025年开始建造太空电梯,预计在2050年完成一个太空电梯建造项目,其所设计的太空电梯缆线全长为地球到月球距离的1/4,约有9.6万公里。

  2015年8月,英国《每日邮报》报道称:加拿大的托特公司计划建造一个高度约两万米的太空电梯。该公司已获得一项美国专利权用于建造独立塔状结构,可从地球表面向空中延伸至万米,这个太空塔的高度是世界上最高建筑物(迪拜的哈利法塔)的20倍。

  找到制造材料是最大挑战之一

  根据科学家们的设想,太空电梯其主体由五部分构成:地面基座、缆绳、电梯舱、太空站和重量平衡器。

  其运作模式大致如下:从距离地面3.6万公里的地球同步卫星上“抛”下一根缆绳下垂至地面基站,在引力和向心加速度的相互作用下,缆绳被绷紧;电梯舱则沿着缆绳往来运输人和物;此外,为保持平衡,在太空站远离地球的另一侧也要架设数万公里的缆绳索道,并在缆绳末端连接一个重量平衡器。整条缆绳全长约为10万公里,相当于地球到月球距离的约1/4。

  那么在现实中要建造太空电梯,挑战在哪里呢?

  从哥特式大教堂到摩天楼再到太空电梯,在建造任何高层建筑时,坚固度和平衡重心都是两大关键。不过直到现在,可用于制造太空电梯所需绳索的材料仍屈指可数。

  2014年,Google X的快速评估研发团队也开始太空电梯的设计,但最终发现没有人制造出超过一米的完美的碳纳米管链。因此他们决定把这个项目“深度冻结”。

  由此来看,建造太空电梯最大的挑战之一,在于找到制造电梯缆绳的材料。一根普通的钢丝从9公里的高空中垂下来会被自重所拉断。好在碳纳米管的发现,让人们又重新燃起了希望。细小且强度可与金刚石媲美的碳纳米管,居然柔韧性极佳,并且可制成纤维。据测算,一根宽1米、薄如纸的纳米管缆带,就能支撑13吨的重量。

  2014年9月,美国科学家宾夕法尼亚州立大学的化学教授约翰·巴丁在《自然材料》上发表文章称:他们研发出超细、超坚固的纳米线,比之前发现的碳纳米管更坚固和牢靠。“我们的纳米线就像是一个由尺寸最小的钻石串成的微型项链,其中一个最疯狂的梦想就是用于制造超级坚固的轻型绳索,让打造太空电梯的梦想成为现实。”巴丁说。

  当前,太空电梯不再被认为是一个“超前命题”,这个项目逐渐被美国NASA,欧洲航天局(ESA)等研究机构所接受。而且随着新材料科学的发展,太空电梯开始从幻想走进现实,不再是那么遥不可及。

  也许一旦太空电梯运用后,太空旅行将成为我们日常生活的一部分,就像石器的发展打开了人类祖先广阔的新栖息地,并改变他们的生活方式,未来的太空电梯或许也将改写人类的命运。

责编:张阳
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