太空“电梯”

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月球起点站

人类若想要探索太空，那么在月球上建立起点站将是最佳选择。显然，从地面上直接往外太空发射卫星是一个很无奈的选择，因为地球的重力非常大，地球的大气层导致很大的空气阻力。

既然如此。我们也可以建立近地轨道空间站作发射基地呀?好吧，这样至少有两个缺点无法避免：

1　外太空没有保护，精密仪器很容易受到太空辐射或者太空垃圾的撞击而毁坏。

2　卫星轨道上并没有任何建筑材料，所有建设基地的物资必须从地球运输。

月球则是一个非常良好的太空基地选址，它的优点非常多，可以说正好是弥补了前面提到所有缺点：

1　月球的重力只有地球的1／6。便于向外发射卫星。

2　月球几乎没有大气层，空气阻力比地球小得多。

3　如果在月球表面挖一个洞并且在里面建立基地，则月球的地面就是一个极其良好的防辐射、防撞击的保护层，不必担心仪器损坏。

4　月球上也有丰富的资源，建立基地所需的资源可以就地挖掘。

因此，为了探索太空，我们必须在月球上建立基地。于是，新的问题产生了，如何有效地运输物资?火箭虽然挺好使，但缺点相当多。

火箭?真不给力!

传统的火箭运输方法有许多固有的缺点。

1　火箭必须一路上不停地燃烧燃料进行加速，这就导致一开始的时候其实很大部分燃料用于加速，真正最后想抛出卫星时的燃料消耗却很少。细算一笔账的话，燃料的投入相当高。

2　虽然我们一直在努力地控制安全，可是火箭发射总是有那么1％量级的事故率降不下来。

3　火箭的运载能力真的太有限了。

电磁加速?

为了向月球运输大量物资，用电磁加速装置取代传统的火箭运输，或许是一种可行的大大降低发射费用的根本性方法。

简单介绍一下我们小组(北京大学物理学院的一个本科生科研课题小组)的电磁大炮方案。

在一个很长的轨道上，排布着很多级的线圈，一个内部安装着永磁体的抛射体就在这些线圈中前行，前进的动力靠外部线圈产生的磁场推拉而成。

我们的方案里，只考虑4个线圈对永磁体的作用：前面两个产生吸力，后面两个产生推力。每个线圈由大电容放电产生电流，其放电时间和周期是经过计算严格控制的，以保证抛射物临近的4个线圈对抛射物任何时刻施的力都是前进的力。整个轨道为一个真空管道，所以加速时可以不需要考虑阻力问题。

在降落到月球之前，让抛射物飞到月球上时是沿着月球表面的切线飞行，在沿途扬起密度分布精确控制的月球尘埃，其密度分布满足让抛射体受力为恒力。并且此力的大小在其承受范围之内。不过，此方案需要在基地建成以后才能实现，在这之前最可靠的降落方式应当还是携带燃料，临近降落时反向喷射以减速。

可行性分析

不要觉得这是科幻，经过我们的计算，用以上方案发射物体到月球上是现有技术基本可以达到的。

1　我们计算了要想把物体抛到月球上，需要的相对地面的最小速度是多少。用数值计算的方法，考虑了地球自转、空气阻力等因

月球的矿藏

月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩；第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三种主要是由0.1～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。据人类多次空间探测得知，月球上稀有金属的储藏量比地球还多，岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物在地球上未曾发现。素。最终算出来的相对地面最小速度约为10km／s。只要达到这一速度。在地球上特定位置、特定时间向一个特定角度发射即可把物体打到月球上。

2　利用现有技术可达到的最大加速度有多大。我们的计算中取该磁场为20T(磁通密度单位)。而电容放电产生的磁场最大也可以到10T，维持时间为秒的量级。设定一些典型参数，例如抛射体质量为10吨、线圈间距为1m等，则可以计算出此时的加速度可以达到约为9.7km／s2。

由最终的速度和加速度，就可以确定出我们要建的轨道的长度约为5000米，只要依靠高山斜向建立即可。必要的时候需要向地下凿洞。只要磁场或者电容放电电流再变大为两倍，或者载重变为原来的一半，此距离就可以缩短为一半，目前的计算仅为保守估计。

当然。建造这条轨道是需要巨资的，但是这工程一旦建好，日后的发射成本就非常低了，而且可以高频率发射。每次发射的成本，无非就是电容放电消耗的电能，以及被抛射的永磁体的制作费用。

为了更加节约成本，被抛射的永磁体可以替换为超导线圈，这样产生的磁感应强度也可以足够大，现有托卡马克装置的磁场就是超导线圈产生的，其强度最大可达10T量级。而超导线圈的技术现在已经成熟。其成本显然远小于每次发射火箭的成本。

仍需考虑的问题

以上的计算分析只是很理论的分析，真要实施还需要就整套方案的所有细节进行工程上的可行性分析。经济性仍然需要做比较详细的评估，建造轨道及每次发射的费用还需要进行调查。另外。对于如此超高速的物体在大气阻力中究竟如何行为。仍需研究。

托卡马克装置

一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器，其中央是一个环形的真空室，外面缠超导线圈。在通电的时候托卡马克装置的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。