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Saturday, September 20, 2008

日本將投入太空電梯的建造

Saturday, September 20, 2008 11:26:21 PM (台北標準時間, UTC+08:00) ( 科學與幻想 )

今天在新聞裡看到日本將投入一兆日圓(約一百億美元/三千億台幣)經費來建造太空電梯(Space Elevator). 這應該不是什麼新聞, 日本人對太空電梯一向是很有興趣. 在目前太空科學遠遠落後美俄甚至中國的日本, 一直很有野心希望有所突破. 太空電梯的確是很好的切入點, 太空電梯如果能夠完成, 太空探險的成本將會大幅降低, 成為二十一世紀的太空霸主.

太空電梯的建造在目前仍有許多困難點, 最大的困難大概有三項:

長度十萬公里的超輕超堅固太空電梯纜繩: 電梯一定要有纜繩, 太空電梯沒有辦法從十萬公里將物品拉上去, 只能將纜繩固定, 讓載運車廂抓住這條纜繩往上爬. 這條纜繩不能太重, 否則沒有辦法固定在軌道上; 而且強度要夠, 否則沒有辦法承受各種加諸其上的力量. 這個部份目前已經露出曙光了, 奈米碳管(nanotube)的出現, 讓這項工作變很可行性很高. 實驗室中的成品已經可以達到所需的強度, 只不過要建造一條長十萬公里中間沒有連接點的奈米纜繩目前還沒有辦法.
可以傳送十萬公里的遠距能量傳輸方式. 由於電梯車廂要靠自己的力量抓住纜繩往上爬, 要爬行十萬公里, 即使是在平地跑十萬公里也是需要相當多的能量, 更何況要對抗地心引力往上爬? 即使以人類目前所能控制的最有效率的能源: 核分裂能源, 要扛著一座核電廠爬十萬公里也是很難想像的事. 唯一可行的辦法是讓車廂只擁有動力裝置, 並不儲存能量. 現行各國的政策是不在太空任務中使用核能, 因為太空任務不確定性很高, 如果發射失敗會導致核子污染. 所以現行的太空任務都使用固態或液態燃料. 所以每次太空任務發射升空的能量大概都是用來推動燃料, 真正有用的部份(衛星或太空梭)重量大概不到百分之五. 如果太空電梯不儲存能量, 那麼就得從地面傳送過去. 目前能做到遠距傳送最有效率的是光能, 也就是利用太陽能技術, 但是從地面站朝著車廂的接收器發射強力光束, 再將光能轉換為動力.
恐怖攻擊: 一條十萬公里長的細線, 可能是用類似石墨的材質製作的, 花一百億美金所做的太空電梯可能只要一根火柴就毀了. 而且沒有什麼辦法可以監控整條十萬公里的纜繩. 這個問題被提出來過但可能沒有什麼解決方法.

Spaceward Fundation (http://www.spaceward.org) 每年利用NASA贊助的獎金舉辦比賽, 比賽分兩個部份: 爬升器和材料. 以下是今年(2008)比賽的目標:

爬升器: 總重最高五十斤. 使用廠商所提供的雷射光源為能量, 以每秒五公尺的速度向上爬一公里, 奬金兩百萬美金. 去年最佳的成果是每秒1.8公尺爬行100公尺. 今年十一月的比賽有11隊報名.
材料: 長度兩公尺的環狀材料, 重量不超過兩克, 承受應力1.5噸, 奬金也是兩百萬美金. 目前最佳成果是承受0.72噸. 今年沒有人報名, 應該是沒有突破.

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by Alvin Cho, FRM, MCSD.NET

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