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建造太空電梯遭遇材料難題,有人想出新方案克服

太空電梯,長期以來一直是科幻作品是的主題,同時,也是美國宇航局(NASA)和其它機構研究項目之一。目前,工程師們達到了一個共識,他們普遍認為太空電梯是一個非常不錯的想法,但是構建太空電梯涉及到應力和張力作用,當前沒有適合的材料建造如此龐大的太空結構。

然而,來自美國約翰霍普金斯大學的兩位專家有了新的見解,他們分別是:數學家丹·波佩斯庫(Dan Popescu)和機械工程師肖恩·孫(Sean Sun),他們表示,在不久的將來建造一個太空電梯是完全有可能的,只要建造者從生物學獲取一些靈感,調整風險評估,並建造一些自動化修復機器人。

他們在Arxiv網站發表的一篇研究報告中模型設計了太空電梯,他們的計算是基於生物結構(韌帶和肌腱)最大應力和最大拉力強度比率得出的。這比工程設計中使用的應力-強度比率高出許多,在這種情況下,建造材料的承受力至少達到破壞力的兩倍以上。

波佩斯庫表示,像這樣的應力-強度比率對於普通土木工程項目而言是可以接受的,但是大型建築結構要求較嚴格,並且無法充分控制失敗的可能性。值得注意的是,太空電梯可能是人類未來建造最大的建築結構之一。

太空電梯的意義在於提供一種方法將人類和貨物運送至地球大氣層之外,在一些設計方案中,必須使用火箭才能實現。太空電梯的概念最早是1895年由俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)提出的。

從那之後,這個構想得到了進一步提升改進,但是基本的設計理念並沒有發生變化。太空電梯包含一根單芯線纜,一端固定在地球上(通常是在赤道位置),向上延伸至地球靜止軌道高度,大約35786公里高度。

在線纜末端是一個平衡物,重力和向外離心力的相互作用,使得線纜處於較好的平衡緊繃狀態,保持一條直線,在這條直線線纜上,貨艙能夠上下快速移動。但是太空電梯存在的主要問題是施加在長線纜的壓力非常巨大,以至於目前沒有任何材料能夠承受。

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