空间电梯

空间电梯，也被称为空间桥、星梯和轨道电梯，是一种拟议的行星到空间的运输系统，经常在科幻小说中被描述。其主要组成部分是一条锚定在表面并延伸到太空的电缆（也称为系绳）。

这种设计将允许飞行器从行星表面（如地球）沿着电缆直接进入轨道，而无需使用大型火箭。由于巨大的重量，一个基于地球的太空电梯不可能仅仅是一个从下面支撑的高塔--相反，它将由一条电缆组成，一端连接到赤道附近的表面，另一端连接到地球静止轨道（海拔35,786公里）以外的空间中的配重。

在下端更强的重力和在上端更强的向上的离心力的相互竞争，将导致缆绳被托起，处于紧张状态，并在地球上的一个位置上静止不动。

随着系绳的展开，攀登者可以通过机械手段反复爬上和爬下系绳，将他们的货物释放到轨道上和从轨道上释放。

到达地球同步轨道的塔的概念是由康斯坦丁-齐奥尔科夫斯基在1895年首次发表的。他的建议是建立一个独立的塔，从地球表面到达地球同步轨道的高度。

像所有的建筑物一样，齐奥尔科夫斯基的结构将被压缩，从下面支撑其重量。自1959年以来，大多数关于太空电梯的想法都集中在纯粹的拉伸结构上，系统的重量由离心力从上面支撑起来。在拉伸概念中，一条空间系绳从地球静止轨道以外的一个大质量（配重）伸向地面。

这个结构在地球和配重之间保持张力，就像一个倒立的铅锤。

电缆的厚度根据张力进行调整；它在地球静止轨道上达到最 大，在地面上达到最 小。

现有材料的强度和重量都不足以使地球空间电梯实用。一些消息来源预计，碳纳米管（CNTs）的未来进展可能导致实用的设计。

其他消息来源认为，CNTs将永远不够坚固。未来可能的替代品包括氮化硼纳米管、钻石纳米线和宏观的单晶石墨烯。

这个概念适用于其他行星和天体。对于太阳系中重力比Earths弱的地方（如月球或火星），对系绳材料的强度-密度要求就没有那么大的问题。目前可用的材料（如Kevlar）足够坚固和轻便，可以作为电梯的系绳材料。

空间电梯的关键概念出现在1895年，当时科学家康斯坦丁-齐奥尔科夫斯基受到巴黎埃菲尔铁塔的启发。他考虑建立一个类似的塔，一直伸向太空，从地面一直建到35786公里的高度，即地球静止轨道的高度。

他指出，这样一座塔的顶部将像在地球静止轨道上一样绕着地球旋转。由于地球的旋转，物体将获得水平速度，因为它们在塔上飞行，而在塔顶释放的物体将有足够的水平速度留在地球静止轨道上。

Tsiolkovsky的概念塔是一个压缩结构，而现代概念则要求一个拉伸结构（或系绳）。

从头开始建造一个压缩结构被证明是一个不现实的任务，因为在现有的材料中没有足够的压缩强度来支持自己在这种条件下的重量。1959年，工程师Yuri N. Artsutanov提出了一个更可行的建议。

阿尔祖塔诺夫建议使用地球静止轨道卫星作为基地，从那里向下部署该结构。通过使用一个配重，一条电缆将从地球静止轨道下降到地球表面，而配重则从卫星上延伸到远离地球的地方，使电缆不断地在地球表面的同一位置。

Artsutanov的想法是在1960年发表的一次采访中向公众介绍的。

他还建议将电缆的厚度变细，以使电缆中的应力保持不变。这使得地面上的电缆更薄，在地球静止轨道上变得最厚。

1964年12月24日，David E. H. Jones在《新科学家》杂志的 "阿里阿德涅 "专栏中提出了塔和电缆的想法。

1966年，Isaacs、Vine、Bradner和Bachus，四位工程师，重新发明了这个概念，将其命名为Sky-Hook，并在《科学》杂志上发表了他们的分析。他们决定确定哪种类型的材料可以用来制作天钩。