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发信人: bage (天下无不是的父母), 信区: Aero
标  题: 空间系绳：应识弯弓射星船
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月22日09:20:51 星期五), 站内信件

空间系绳：应识弯弓射星船
——未来航天运输技术展望（专题之二）
孙广勃
　　有朝一日，当人类开始到月球和其它行星上定居时，他们使用的很可能不是现代的
火箭技术。到那时，太空旅行和定居倒有可能依赖一种在有文字记载之前就早已产生的
古老的技术，那就是绳子。
　　那么，单单一根绳子怎样添得如此神力而可以在太空中推动物体呢？让我们来看看
以下两种情况。第一种情况是用一根粗绳把两颗卫星连起来，其中一颗将能把另一颗“
投”到一条不同的轨道，这很像狩猎人用石弩投射石块的情形。这种设想经过适当完善
后，将可以用于把有效载荷送到月球或更远的地方。另一种情况是，如果采用导电的系
绳，流过绳子的电流将与地球的磁场发生相互作用，从而可以产生推动力。这两种系绳
分别称为“动量传递型系绳”和“电动型系绳”。它们最大、也是共同的优点是经济性
好，无需消耗数量巨大的推进剂，只要从已在轨道上的一个物体处吸取一点动量或利用
由太阳能帆板提供的电能就可发挥其作用。
　　到目前为止，系绳已参与了17次太空飞行，其中大部分飞行是成功的，但公众听得
较多的却是对两次失败的宣传。1992年，亚特兰蒂斯号航天飞机曾试图从一根长长的绝
缘铜线系绳的一头向上方释放由意大利航天局制造的一颗卫星，但因放线管机构卡住，
试验以失败而告终。
　　4年后，美国航空航天局再度尝试，卫星仍是意大利的。在这次飞行中，当20公里长
的系绳快放到头时，航天飞机穿越地磁场的运动在系绳内产生了3500伏的电势。航天飞
机和意大利卫星上的电子装置形成了一根通向大气电离层的电导管，从而使安培水平的
电流能够沿系绳流动。这一结果说明，这种电动系绳可以把航天飞机的动量转换成数千
瓦的电力，同样也应能把电力转换成动量。
　　不幸的是，由于系绳导线绝缘皮破损，一个强大的电弧从系绳跳到部署架上，并烧
断了系绳。不过尽管这一事故使该项目的电动试验部分半途而废，却无意之中触发了一
次壮观的动量传递大演示，正所谓有心栽花花不开，无心插柳柳成荫。我们知道，轨道
高的物体其水平速度要比轨道低的物体慢。当时意大利卫星处在航天飞机上方20公里处
，正在被拖着以快于它的轨道速度的速度前行。由于这个原因，当系绳断开时，过剩的
动量便使卫星如脱兔一般带着条长尾巴奔向7倍于绳长的高度，即航天飞机上方140公里
处。
　　除上述两次飞行外，其它系绳试验工作都很成功。1993年，为了对系绳应用公司提
出的一个方案进行试验，连着20公里长的系绳的一个有效载荷被从一颗大型卫星上部署
到了该卫星的下方。由于有效载荷装置的速度慢于这一较低轨道高度上的物体所需的速
度，在恰当的时机切断系绳使该装置落向了地面上的一预定地点。这家公司目前正在研
制一再入舱和系绳，以供国际空间站用来把科研装置等急需发送而不能等到航天飞机上
站后再取回的各类物品送回地球。另外，欧空局今年初与一家公司签署合同，由其继续
论证用系绳系统从国际空间站上送回样品。该系统将通过一根长35公里的系绳沿再入弹
道把货物送回地面。
　　在1994年进行的另一次相关飞行中，一个有效载荷被悬留在20公里长系绳的末端，
以测定这一风筝线般粗细的连接线能在微流星体和空间碎片撞击环境中坚持多长时间。
该系绳可以很轻易地被砂粒大小的高速颗粒切断，预期寿命仅为12天，而实际上仅坚持
了4天。这次试验说明，系绳应做成由许多股线组成。这些线要“分头进行”，相互隔开
，以免被一个颗粒“一窝端”；但同时又要间歇性地会聚到一起，以在有一根线被“斩
”后，由其它各条线承担起它“撒手不管”的载荷。基于这一想法，美国海军研究实验
室和美国侦察办公室用做鱼线用的高强度聚合物（斯佩克特纶）制成了一种直径2.5毫米
的中空编织绳，绳内松散地充以棉纱。1996年6月，他们用4公里长的这种系绳把两颗卫
星连起来发射上天，结果迄今这根系绳已在太空坚守了将近3年，仍安然无恙。
　　去年10月，美海军研究实验室和侦察办公室又进行了一次后续试验，对采用不同设
计的一种系绳进行了测试。用于试验的是一条3厘米宽、内置高强度纤维绳的薄塑料带。
这根长达6公里的系绳应能在太空中生存多年，但缺点是比较重。华盛顿州的系绳无限公
司正在同苏格兰两家公司合作制造另一种多股系绳。这种系绳采用开放式的、鱼网似的
线型，不仅重量轻，而且在天上住个几十年没啥问题。
　　还有一些系绳试验飞行已列入日程。例如，密歇根技术公司准备在明年利用航天飞
机释放两个由2公里长的系绳连在一起的科学装置。
　　此外，美国航空航天局马歇尔航天飞行中心正在探讨把电动系绳用于无燃料空间推
进。明年年中，该中心将试验可否用导电系绳来降低德尔它2火箭上面级的轨道高度。系
绳无限公司正在开发美国航空航天局这一设想的商用“版本”，即在发射前就连到卫星
或火箭上面级上的一个小型装置。当该卫星或上面级完成任务或出故障时，导电系绳将
展开并被在地球磁场中拖拉，从而使卫星或上面级迅速降低飞行高度，直至在上大气层
中被烧毁。这项系绳离轨技术的首次试验将在明年底进行，准备使用由俄罗斯拉沃什金
联合体制造的一个上面级。
　　美国航空航天局还在考虑能否用这种电动系绳提供向上的推进力。设想中的这类系
统将使用太阳能帆板向系绳提供电流，以在地球磁场中向前推行，由此产生的电磁力可
拖动有效载荷无限期地围绕地球运行。这种方法可用来在不用补充燃料的情况下为国际
空间站保持轨道。
　　那么未来的系绳技术能把人类带到那里呢？有人对一种沿轨道运行并像风车一样快
速旋转的、长达数百公里的系绳系统进行了研究，设想用它向月球及更远的地方发送有
效载荷。这个设想说起来很简单，就如同长臂猿抓住藤条从一颗树荡到另一棵树一样。
以向月球发送为例，首先要由可复用运载器把货物送到地球轨道上的一根系绳“手”中
，然后由这根系绳倒手转给处在更高的椭圆形地球轨道上的另一根系绳，再由这个“二
传手”传向月球方向，最后由守候在月球轨道上的第三根系绳收容。这第三根系绳在绕
月运行的同时，将以适当的速度做轮转运动，以使其能在“捉拿”到有效载荷之后，再
经过半圈旋转，把有效载荷轻柔地下放到月面上。与此同时，该系绳还可以接过需要向
回送的货物。采用这种方法，只要所发送和接手的货物的质量是均衡的，就不需要推进
剂。这样一种运输机制有可能发展成为通向月球的高速公路，从而有可能使未来登月旅
行成为家常便饭。
　　很显然，用系绳进行空间运输说起来容易，做起来却有相当多的技术难题需要解决
。但它巨大的发展潜力会促使人们百折不挠地去探索，去尝试。也许许多年之后，许许
多多的行星和它们的卫星周围将会有许许多多转动着的“风车”，带来行星际商业活动
的一派繁荣景象。而所有这些，都将从不起眼的绳子做起。（待续）

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