SPACE SCHOOL

Houston Association for Space and Science Education.
HASSE x NNASA

從地球搭電梯到太空 - 日本宣布進行首次太空電梯實驗

在摩天大樓林立的都市叢林中,電梯為其中不可或缺的運輸設備。有了這項設備,才得以實現快速且安全的垂直運輸。那麼,如果將場景切換至外太空,將貨物、太空人以一條極長的纜繩,運送至國際太空站甚至月球,這就是太空電梯(space elevator)的夢想藍圖。

太空電梯概念[1]

  太空電梯的概念最初出現在1895年,由俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)獲得艾菲爾鐵塔的啟發,提出了這個想法。1979年,克拉克(Arthur C. Clarke)則以建造這種太空電梯為主題,寫出了小說《天堂之泉》(Fountains of Paradise),人們可乘電梯去太空觀光並運送貨物。



小說《天堂之泉》[2]



  相當長的一段時間裡,它僅僅只是一種科學幻想,因為找不到合適的材料來製造足夠強度的纜繩。但隨著奈米技術在20世紀90年代開始取得的突破性進展,建造一部現實的太空電梯開始成為可能。由於其能重複使用,因此建造成本遠少於太空梭或國際太空站計劃的投資,且乘客無須進行任何訓練,是一種將人類和貨物送入太空的低成本方式。



另一種太空電梯概念圖[3]



  太空電梯的主體是一個永久性連接太空站和地球表面的纜繩,可以用來將人和貨物從地面運送到太空站。基本運作概念與同步衛星相同,就是在地球赤道上的某個點,拉一條固定纜線到正上方、位於地球靜止軌道(高度3.6萬公里)的太空站。位於這個高度的物體,每天會環繞地球一圈,因此從地球上看去,就像是飄浮在固定位置



太空電梯原理解說[4]



  太空站的另一端需要有配重,以保證纜繩在不會因地球的自轉發生偏移。建造太空電梯的難題包含:需要由足夠輕的材料以免被自身重量壓垮、具備足夠的強度以承受由因離心力造成的的張力,以及能承受來自地球、太陽和月亮的重力,以及強風等地球本身的氣候環境。



地球靜止軌道定義[5]



  太空電梯構造中,最急需解決的問題就是製造纜繩的材料,不僅要強韌還要輕盈。目前人類已知的材料中,最有希望的材質是奈米碳管,個別碳奈米管能耐的張力已經達到承載太空電梯的標準,但拉成纜繩後無法維持同樣強度。



奈米碳管[6]



  即使是存在許多艱鉅的工程挑戰,依然有相信這個概念可以實現並採取實際行動驗證的團隊。2018年9月,日本靜岡大學的研究團隊宣布將在國際太空站進行太空電梯實驗,這將是全球首個測試電梯在太空中移動的實驗。研究團隊計劃將實驗用的兩個微型衛星,用H-2B火箭從日本的種子島宇宙中心發射至國際太空站



日本種子島宇宙中心[7]



  兩個微型衛星皆為邊長10公分的方形,並以10公尺的鋼纜連接在一起。纜繩上將會裝置上模仿太空電梯的容器,並以馬達驅動。日本的研究人員將嘗試使用移動鋼繩上的容器,用以模擬太空電梯的工作原理。衛星上的攝影機將監控(電梯)盒子的移動情況,並記錄此容器在太空中以纜繩為軌道的運動過程。



日本太空電梯實驗概念[8]



  此研究計劃的主要承包商大林組(Obayashi Corp.),也正在進行自己的太空電梯計畫,希望能在2050年前實現太空電梯的建設。在海上建設纜繩的基地,往上延伸3萬6千公里至太空。使用六個橢圓的載具,能乘載30個人,並以時速200公里的速度運行,到達太空站預計需8天



大林組提出的太空電梯構想[9]



  建造太空電梯誠然耗資巨大,且需要國際合作和多代人的努力。為什麼這麼多人如此執著於實現它?因為這個工程概念既簡單又優雅,一旦建成,就能在可預見的未來,讓人類獲得極低成本,且幾乎不受限的的進入太空的能力。自由出入太空,一直都是人類的夢想。前往太空旅行將會成為未來非常熱門的路線,相信未來人類要前往太空,就像搭電梯從1樓到6樓一樣簡單。



文章參考來源:

[1]日本將首次於國際太空站進行「太空電梯」實驗(檢索日期2018/10/14)

https://tomorrowsci.com/technology/%E6%97%A5%E6%9C%AC-%E5%9C%8B%E9%9A%9B%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E7%AB%99-%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E9%9B%BB%E6%A2%AF-%E5%AF%A6%E9%A9%97/

[2]太空電梯不是夢 日本首度測試迷你版(檢索日期2018/10/14)

http://www.businesstimes.com.hk/articles/121076/20180907/%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E9%9B%BB%E6%A2%AF-%E6%97%A5%E6%9C%AC.htm

[3]搭電梯上太空,再等一等!(檢索日期2018/10/14)

https://pansci.asia/archives/51696

[4]上太空不用靠火箭,搭電梯就可以?(檢索日期2018/10/14)

https://www.cw.com.tw/article/article.action?id=5088417

[5]The Space Elevator Construction Concept (檢索日期2018/10/14)

https://www.obayashi.co.jp/en/news/detail/the_space_elevator_construction_concept.html

[6]Japanese scientists to run space elevator experiment in orbit (檢索日期2018/10/14)

https://archinect.com/news/article/150084577/japanese-scientists-to-run-space-elevator-experiment-in-orbit

[7]Japan has launched a miniature space elevator (檢索日期2018/10/14)

https://www.sciencenews.org/article/japan-has-launched-miniature-space-elevator

[8]STARSプロジェクト(檢索日期2018/10/14)

http://stars.eng.shizuoka.ac.jp/starsme.html

[9]Space elevator (檢索日期2018/10/14)

https://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator

圖片引用來源:

[1]https://weiwenku.net/d/108980136, retrieved October 14, 2018

[2]https://www.sffaudio.com/the-sffaudio-podcast-170-readalong-the-fountains-of-paradise-by-arthur-c-clarke/, retrieved October 14, 2018

[3]http://www.businesstimes.com.hk/articles/121076/20180907/%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E9%9B%BB%E6%A2%AF-%E6%97%A5%E6%9C%AC.htm
, retrieved October 14, 2018

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator, retrieved October 14, 2018

[5]http://hchsastronomy.blogspot.com/2017/08/blog-post_25.html, retrieved October 14, 2018

[6]https://en.wikipedia.org/wiki/Talk:Nanotechnology/Archive_1, retrieved October 14, 2018

[7]http://www.kagoshima-kankou.com/tw/attractions/10777, retrieved October 14, 2018

[8]https://www.sciencenews.org/article/japan-has-launched-miniature-space-elevator, retrieved October 14, 2018

[9]https://archinect.com/news/article/150084577/japanese-scientists-to-run-space-elevator-experiment-in-orbit, retrieved October 14, 2018

其他相關文章

  • 土星解釋了木星的未解之謎?

    在1610年,伽利略利用望遠鏡,在夜空中發現了木星周圍的四顆衛星──木衛一埃歐(Io)、木衛二歐羅巴(Europa)、木衛三蓋尼米德(Ganymede)、木衛四卡利斯托(Callisto),我們現在將它們稱為「伽利略衛星」。伽利略衛星的體積較龐大,最大的木衛三蓋尼米德甚至比水星的還大。

  • 謎樣的大紅斑

    在台灣時間7/11約中午12:00,朱諾號飛越木星的大紅斑,拍攝下有史以來、距離大紅斑最近的照片。

  • 抑制全球暖化──全球黯化

    幾十年來,因為溫室氣體排放量上升(黑框的能量變多),造成地球溫度不斷上升,但人類群體卻無法有共識的一同減少碳排放,於是,科學家提出了另一個想法──減少地球獲得的太陽輻射(希望能讓紅框中,離開地球的能量變多)。

到網頁最上方