無需搭載化學動力火箭,依靠電梯便可以往返太空,這是人類一直以來的一個夢想,而且是一個看得見的夢想。
所謂看得見的夢想,就是在理論上有實現的可能,但在具體的技術方面還有一些需要解決的問題。想要建造太空電梯,面臨著許多難點,比如太空電梯終點的具體位置計算,因為如果將電梯終點設計在地球同步軌道之上,電梯主體所受的地球引力就會大于慣性離心力,從而導致其與地球自轉速度出現偏差,而要克服這一問題就必須要電梯主軌修得更長,而具體長度和終點位置都需要進行精確計算。
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還有就是太空電梯需要相當的結構強度,用何種材料來進行建造也是一個目前難以解決的問題。
諸如此類的問題還有很多,而除了這些廣為人知的難題之外,太空電梯還有一個技術難點,那就是它的驅動方式。假設我們已經解決了前期的所有問題,成功搭建了太空電梯,那么我們就要考慮用何種方式來驅動它了。現有電梯的驅動方式是否可以應用在太空電梯上呢?現在常見的電梯驅動方式主要有四種,即液壓驅動、螺桿驅動、對重式牽引和強制式牽引。
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就電梯而言,我們最關心的問題就是安全。
什么樣的電梯才是安全的呢?當然是不會發生墜落或沖頂的電梯,而液壓驅動就是這樣一種電梯。液壓驅動的原理其實很簡單,就是利用液體難以被壓縮的特性來傳遞作用力,我們身邊的液壓驅動設備很多,比如工地上經常見到的挖掘機就是一個。液壓驅動的一個最大特點就是力量大,只需要改變壓強就可以提升動力,聽起來不錯,但卻難以被應用到太空電梯上。
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液壓驅動所使用的是液壓油,而液體的密度隨溫度變化比較明顯。
因為是要到太空中去,所以太空電梯全程的溫度變化是很大的,這會極大影響液壓系統的穩定性。既然液壓驅動不行,那就來看看螺桿驅動吧。螺桿驅動的基本原理也很好理解,就是利用一個螺桿的轉動來抬升電梯,這種方式同樣足夠安全,但比液壓驅動的局限性更大,因為隨著高度增加,螺桿變長,穩定性就會變差,同時螺桿上螺紋的磨損也會增加,所以這種驅動方式只能應用在低層電梯上,最好是復式結構住宅的室內電梯,太空電梯就不用想了。
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最后就是我們比較熟悉的對重式牽引和強制式牽引了。
這兩種方式都是使用牽引繩來驅動電梯的,不同的地方在于對重式牽引有配重塊,而強制式牽引沒有配重塊。對重式牽引是我們日常見到最多的電梯驅動方式,因為這種驅動方式只需要利用主機驅動輪來產生摩擦力就可以控制配重塊與電梯轎廂之間的重量平衡,十分簡單,效率又高。但這種方式的一大缺點就是存在安全隱患,平日我們所見的電梯墜落和沖頂,都是這種電梯。
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不過在地球上使用還好,畢竟可以在兩端加設緩沖裝置來提升安全系數,但對于太空電梯而言,建造多么巨大的緩沖裝置恐怕也是無濟于事。
最后是強制式牽引,這種方式沒有配重塊,上下都是直接靠主機牽引的,結構簡單、安全系數高,不會發生墜落或沖頂,但問題是主機上的牽引繩最多只能繞一圈,如果想要用它上太空,那就得造一個超級巨大的主機才行,這顯然也是不現實的。也就是說目前的電梯驅動方式沒有一種適合太空電梯。
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