2002年科技日报文章

2002年科技日报文章

到宇宙去遨游一直是人类的梦想。但至今人类都是用火箭把载人飞船送上太空的。但这个方法费钱费时费事。有没有更直接的办法呢？有，请看……

太空梯——碳纳米材料将科幻变为可能

　　《 科技 日报》2002年9月30日

　　《北京青年报·前沿新知》2002年10月7日

　　乔阿光编译

有了梦想，才有实现的可能，科幻从来就是现代 科技 的先驱。现在的宇宙飞船就是在科幻小说的基础上，由宇航先驱——俄罗斯的齐奥尔科夫斯基最先提出来的。

　　而让人造卫星放下梯子以建立“登天之塔”则是在1979年英国著名科幻作家阿瑟·克拉克的小说《天堂的喷泉》中提出来的。他设想在地球赤道上空的一颗地球同步轨道卫星上向下伸展出一个梯子，由于同步卫星在天空中相对地面没有移动，所以人类可以乘坐电梯到达近地宇宙空间做观光 旅游 。当有人问他需要多少时间才能实现太空梯的梦想，他说，在大家停止嘲笑这个方案后的50年。

从理论上讲，太空梯并不神奇。在地球赤道的海面上建造一个平台，用飞船放下一条长达10万公里的绳索，把它锚定在平台上，随着地球一起旋转，由于旋转所产生的离心力刚好抵消了地球的吸引力，它便得到了一个向外的张力，于是，太空梯就从地球到太空竖直起来了。它就像你在头顶上甩动一根一头栓着小球的绳子一样。然后，用一个由激光提供能量的爬升器在缆绳上上下移动，运送飞船、建筑材料甚至乘客。

　　但是难就难在制造这根绳子的材料，它要异常坚硬又要异常轻巧，还要能抵抗任何腐蚀。为了这个曾被称为“无法得到”的材料，科学家们足足等了几十年。直到1991年NEC公司的日本科学家饭岛住男发现了现在叫做碳纳米管的材料，事情才有了转机。进一步的研究发现碳纳米管有意想不到的性质，它比钢坚硬100倍，重量却只有钢的五分之一。现在碳纳米管已经走出实验室，进入实用阶段。可用它制成合成物，这样至少在理论上已经解决了太空梯的材料问题。不过一位材料工程师认为目前还没有掌握大规模的生产太空梯所需要的合成物质的技术，现在正在进行将这种物质从实验室走向实用的工作。

有了材料，如何来制造太空梯呢？科学家们设想，先把一个携带太空梯半成品的飞船或航天飞机发射到和地球同步的静止卫星所在的轨道上，使其和地球同步飞行。把这个半成品的太空梯从飞船上放下来，落到在赤道海面上的平台上。这个平台类似一般的海上发射卫星或飞船的平台。把半成品的太空梯锚定在平台上。然后，飞船就漂浮在上面。接着再用一个由激光束提供能量的爬升器在这个太空梯的半成品上上下移动把其它建造太空梯的缆绳拧在这个太空梯半成品上，进一步建造太空梯，这大约要用两年半的时间。这样，太空梯才最后建成。

　　建成后这个爬升器就可以沿着太空梯把物资、成吨重的卫星甚至人缓缓运送到离地面36000公里的近地轨道上，时间大约需要七天半左右，回来也大约需要这么长的时间。进一步还可以建造通向月球，甚至火星的行星际太空梯，到那时在太阳系里遨游就不是难事，而且价格低廉。目前估计需要几百美元运送一磅，将来争取实现用很少的美元就可以运送一磅物资。这样就可以解决当前困扰航天飞行的高昂的价格问题。

　　当然，太空梯要抵御的灾难也不少。闪电和风云雨雪的冲击，穿越电离层的考验，小行星、彗星、流星的奔袭，原子氧和高层大气中的硫酸对缆绳的侵蚀，和卫星、太空碎片的碰撞，再加上人类之间没完没了的自相残杀，难保不会有人打太空梯的主意。而这种碳纳米管对人类 健康 的影响也要考虑在内。这些问题都需要研究者加以考虑。近期就要开展把碳纳米管放在电离层中的试验。

今年一群有志于此的工程师和有战略眼光的投资家合作开办了一家位于西雅图的高升系统公司，它主动挑起了制造太空梯的重担。目前美国航空航天局的高级设计研究所已投资制造太空梯。全部资金大约需要70到100亿美元。

　　8月12—13日，在华盛顿州的西雅图市召开了第一届国际太空梯会议，到会的专家来自各个领域，从材料科学、桥梁建造、航天技术到法律、商业和 财经 应有尽有。

　　高升系统公司的专家认为第一架太空梯将在下一个十年建成。有的专家则说从这次会议召开之日起，可望十五年内竖起第一架太空梯。

编译自2002年8月19日由资深航天作家Leonard David写的《Going Up? Private Group Begins Work on Space Elevator》（怎么升天？私人集团开始研制太空梯）等文章。

后记：2004年，英国剑桥大学科学家阿兰·温德尔领导的研究小组曾宣布，他们成功地用碳纳米管组成的纤维织成了“纳米绳”。2004年6月30日，在华盛顿召开的第三届国际太空梯会议上，专家们对太空梯这一宏伟构想进行了探讨。时隔仅仅9个月，2005年3月23日，美国宇航局正式宣布太空天梯已成为世纪挑战的首选项目。美国一个由美国航空航天局前工程师组成的太空电梯公司准备建造一个从地球经过空间站通向月球的太空梯。此外日本和俄罗斯也有建造太空梯的计划。

人类是 什么进化的

人类是由灵长目动物进化的。 最早的南方古猿(Australopithecus afarensis), 其出现年代少於400万~300万年, 这个物种脑容量很小, 雄性明显远比雌性为大, 被称为"露西"(Lucy)的年轻雌性南方古猿骸骨於1974年在依索比亚出土, 由於骨骼较为完整, 使人能确立古猿的行走形式: 以足直立, 步履蹒跚, 科学家从肩胛骨及臂骨分析发现: 南方古猿仍保持灵长类远祖的攀援的特徵 。之后发现非洲南方古猿 (Australopithecus africanus), 据推测: 身高为145厘米, 雄性平均体重为65千克, 雌性35千克 , 脑容量为现代人的三分之一。 粗壮南方古猿 (Australopithecus robustus) 已有臼齿的产生, 它们开始以硬质及多且纤维的植物为食。它们已经有明显的社会关系, 能制造及使用简单工具, 最早的石器出现於250万年前, 工具亦有明显的分化, 如砍伐器、刮削器和多边器, 此外, 还在古猿遗址中发现兽骨与角器等。在屏障东部成功进化的大量粗壮型南方古猿最终不敌天然的灾害: 300万年前突然爆发的火山把南方古猿葬身在东非大裂谷的火场中, 这是人类进代历史上一场大浩劫。 鲍氏南方古猿(Australopithecus boisei)为称东非人, 被认为是粗壮南方古猿的地理变异种。 纤细型南方古猿最接近人属(Homo)的古猿, 生活於热带和亚热带地区, 以采集植物的块茎和野果为食, 它们可能还会拾取死兽分吃尸肉, 为了保障足够的食物来源, 开始出现了狩猎, 草原中的羚羊、野鹿及毛驴成为了猎杀的对象, 同时为了防止大型肉食动物的侵袭, 它们会有守望相助的义务, 它们经过一系列的自然适应,成功演变向人的发展方向 。距今350万~150万年前, 这种南方古猿以双足行走的稳健演化, 使它们成功地晋身为人类的原形。 能人意即能制造工具的人种, 它为人属的最原始的成员, 脑容量为男: 700~800毫升,; 女500~600毫升, 可能已具语言能力。从他们的遗址中发现大量的石器, 可以联想人类的祖先已经学会敲打石块制造石器及用石器迪敲击兽骨或宰割兽肉。从发掘场地得知: 能人曾与几种不同种类的南方古猿、甚至人属共存於同一场所中, 由於他们有各自的生活习性, 没有战斗的考古被发现, 甚至发现有能人与后代直立人共存的纪录。经过数十万年的演进, 能人最终全为直立人所取代, 成为人类的主流。 当直立人出现时, 人类史己经有漫长的岁月, 他们承继了其先驱的技能, 并加以改良, 那时候人类懂得用火, 也能象现代人般进行奔跑, 依照自己的心思制作石器, 从脑髗骨的结构可以确定他们有语言的能力, 从最丰富的北京直立人遗址中发现近10万件石器制品和用火痕迹, 以及百多种动物化石, 从烧骨而知他们已有熟食的习惯, 狩猎的结果使人类有肉食的倾向, 肉食对人体的影响可分为: 大脑能摄取更多营养, 从而促进咦鞯男� , 更为有效地支配肢体的活动, 人类更为有效地战胜自然的灾害。 到了这时, 人类在动物界基本上获得了绝对的优势, 但是, 称霸地球的, 是他们的后裔 ~ 智人。 智人亦称古人, 最原始的智人为尼安德特人 (尼人, Homo neanderthalensis 或 Homo sapiens neanderthalensis), 1856年最早发现於德国的尼安德特河流域的一个山洞而得名, 从头骨可以看到他们仍有很多原始的特徵: 眉脊发达, 前额较为倾斜, 枕部突出, 鼻部宽大, 颌骨前突等, 就脑容量而言, 有超越1300毫升的纪录, 甚至大於现代人, 其他骨骼和现代人已十分相似。尼人多在洞穴中发现, 伴以大量的精巧的石器制品、薄石片、骨针 、动物化石和用火痕迹等, 他们可能开始穴居或半穴居生活, 以火取暖和以火驱逐野兽, 能用兽皮制衣蔽体等, 尼人发明了葬仪, 年长的成员会将生活经验传授后代, 人类的文明开始萌起。 由於他们兴盛至衰落的漫长岁月, 始终使用固有工具而不思改进技术, 大约3万年前为晚期智人完全取代。