朱毅麟 2007年06月11日 09:46
攀登太空有捷径
人们一向把运载火箭誉为通向太空的天梯。其实我们这里讨论的才是货真价实的天梯。未来的天梯当然不会像云梯那样一级一级，让人去爬的，而是做成管状通道。人、人造卫星和载人飞船坐在电梯里，沿管道升降。乘人的电梯当然是要密封的。
当卫星和飞船由电梯送到静止轨道高度时，自然就获得了沿静止轨道运行所需要的速度——3．08公里／秒，而不需要另外加速，就成为静止卫星。在上升过程中，随着高度增加，重力越来越小，离心力越来越大，电梯在下天梯中上升时，离心力始终小于重力，所以为使电梯上升要化费一定的能量。不过，比起用运载火箭发射卫星来说消耗的能量要少得多，有朝一日天梯建成以后，运载火箭和航天飞机都将退出太空舞台，成为航天博物馆中的展览品。
发射低轨道卫星，可以使卫星沿天梯上升，到达预定高度时，离开天梯。这时卫星已经获得一定的切向速度，再补充一定速度就行了。
飞往行星的航天器需要超过11．2公里／秒的速度。乘天梯飞往行星，得到的好处尤其多，当电梯沿天梯上升，越过静止卫星，进入上天梯的管道以后，离心力就超过重力。这时电梯自己就会加速上升，到达上天梯出口时。电梯和它装载的航天器的径向速度达10．9公里／秒，切向速度达10．1公里／秒，合成速度足够克服地球引力，飞往其他行星。“羊毛出在羊身上”
当电梯带着返回的卫星或飞船从静止轨道下降时，根据能量守恒定律，它原来具有的位能就转化动能，也就是转化为电梯下降的速度。这部分动能可以设法转换成其他可以贮存的能量，例如电磁能，用来推动另一台电梯上升，发射卫星和飞船。这时，只需要补充一部分因摩擦而损失掉的能量。
初看起来，用天梯发射航天器只需要付出很小的能量，就能获得很高的速度，尤其是在进入上天梯以后，速度可以“不劳而获”。能量守恒定律告诉我们，能量是不会无中生有的，也不会由少变多，只能由一种形式转化为另一种形式，或者由一个物体传递给另一个物体。电梯由于离心力作用而增加的动能是从天梯围绕地球运行的动能中挖来的。
假设一根细长的圆筒，在水平面内绕通过筒底的铅垂轴旋转。筒底有一个小球。当小球沿着筒向外移动时，小球就获得作圆周运动的切向速度。当小球到达圆筒的出口时，圆筒的转动惯量变大，根据动量矩守恒定理，圆筒的转速就减小。最后小球飞出圆筒，带走一部分能量。同样的道理，航天器从围绕地球旋转着的天梯中出来，带走了一部份天梯的动能，每发射一次航天器，天梯绕地球运行的速度就会减少一点。所以，“羊毛出在羊身上”，天梯应有能量补充。
架设天梯待努力 真要建造天梯，目前还难以设想。建造天梯的大致步骤是，先在静止卫星轨道上建造大型航天站，太阳能发电站和空间工厂“三合一”的太空基地。空间工厂利用太阳能和失重条件，提炼出高强度的石墨晶须材料，并且加工成承力用的纤维束，制作天梯的缆绳。天梯从空间基地往两头铺设，上、下天梯同时并进，以保持平衡。
300年前，当牛顿从理论上指出，一个物体达到7．91公里／秒的速度就能成为人造地球卫星的时候，人类所能达到的速度不过每秒钟几百米。1957年以前，人造卫星还没有问世时候，谁能相信十几年以后人能登上月球!可以想见，人类乘天梯游太空的时代，也不是遥遥无期的。
