吊天梯的结构与抗袭击的能力
太空电梯的核心部件:吊天梯,不是一根细长的绳索,它有复杂的结构。太空电车要通过吊天梯缆绳上下,它必须有上行与下行两个通道。以质心位于Rk≈9510千米轨道上的漂移式太空电梯为例:吊天梯长度至少在3000千米以上,如果太空电车在吊天梯上的运行速度是360千米/小时。如果吊天梯上只有一条车道,上下行车辆不能交汇,那么只有上行车辆开出8小时后,才能安排车辆下行(如果是固定式太空电梯,这时间间隔将超过4天)。这样通行效率就太低了。因此吊天梯必须有上下行两条车道。
为了太空电车的安全和平衡,无论是上行还是下行,太空电车两边都要附着在一条宽带上。这样吊天梯就由四条宽带组成。每条宽带宽20米,呈南北方向;而四条宽带互相平行,沿东西方向。
吊天梯的缆绳,分了许多段。每段长几十千米。段与段之间有缆绳的接头,这样某处损伤,只要更换该段绳索就可以了。缆绳接头处有两排孔,挂有许多碳纤维绳索,越到吊天梯高处,接头上连接的碳纤维绳索就越粗,数量也越多。
同一段天梯缆绳的两旁与中央结构也不同,两旁扁扁的东西,是摩擦带;中间是一排承重绳。扁扁的摩擦带被太空电车轮胎夹紧,柔软耐磨导电,它负责把太空电车和自身重量传到中间的承重绳上。这样,承重绳就不受车轮挤压磨损,更经久耐用。
太空电车与吊天梯缆绳示意图
承重绳由多根组成。这样万一某根承重绳坏了,只要换掉这根即可,不必把该段承重绳全部换掉。另外,吊天梯受的力主要是下方绳子重量。所以不同位置的缆绳,受力不一样。如果承重部分由一根缆绳组成,那么每段的规格都不同,使维修制造都很麻烦。而由若干根承重绳共同承担。那么承重绳的种类就可减少到10种以下。
每根承重绳上都有几颗检测芯片,会把绳子受力的情况,变形多少,损坏程度等记录下来。维修车上有探头,不必接触就可读出每个芯片的内容,就像刷公交卡一样。一旦发现某根承重绳有问题,就可将它更换。摩擦带的更换也一样。
吊天梯承重绳部分宽达16米。地球周围大于10米的太空垃圾不超过1000枚,可于太空电梯发射后的一年内清理干净。因此即使有垃圾击中吊天梯缆绳,也不可能将承重绳整个弄断。即使承重绳中有一两根受损,也不影响其安全性。这种结构,使吊天梯的维护变得非常简单、迅速。
当然,吊天梯下的空中码头也有可能坠落。那么万一坠落之后,会不会像原子弹爆炸那样,造成巨大灾难呢?
吊天梯与空中码头即使落到地上,所造成的破坏,也不过如天空实验室所造成的损失相仿。既然天空实验室坠落时几乎没造成什么损害,那么万一它落到地面,也不会造成多大的损失!空中码头的重量与天空实验室差不多,但空中码头几乎全部由碳纤维复合材料建成。碳比金属更容易燃烧。因此万一空中码头在高空坠落,那它在落到地面之前,就几乎全变成了二氧化碳了!
天梯各组缆绳所带电荷依次是负、正、正、负。带异种电荷的缆绳,相距14米,之间充有上千万伏的直流电。每隔数十千米,带同种电荷的缆绳之间就有“弓”形的导线相连,使缆绳组保持间距,构成一条“太空高速公路”。在这条“太空高速公路”上,每过半小时就驶过一辆“太空电车”。
大空电车粗看犹如一根方管。管长20米,宽约11.5米。太空电车的载重量为100吨。其中空部分,可容纳运载火箭末级、宇宙飞船、飞机的客货舱或太空电车车厢。
两侧的管壁外端,各有一组车轮,每组有车轮7个,分布在两条中心线上,两排车轮互相咬合。而碳纤维摩擦带就从这犬牙交错的轮胎间穿过。就是靠这缆绳与轮胎的摩擦力,保证太空电车刹车时,不会因电车与货物的重量而下滑。哪怕有一组车轮悬空,电车也不会失控。
太空电车轮胎由导电橡胶制成,而轮胎咬合的摩擦带是良好的导体。通过摩擦带与轮胎传来的电能,驱动车轮里的电机,让太空电车以每小时360千米的速度上行。当太空电车向下滑行时,缆绳带动车轮转动,车轮里的永磁式电动机,就变成了发电机,提供电能给上行的电车使用。