第二種設想:設立“拉格朗日點”中轉站。
這裏先介紹一下拉格朗日點的概念。
地月空間存在的一種特殊的點。在這個點上地月兩大天體的引力相互抵消,位於這一點上的物體可以相對保持平衡,如果給一個小的推力,就能使物體按推力方向運動,這種特殊的點是法國數學家和力學家拉格朗日發現的,因此稱拉格朗日點。在地月係統中,理論上存在5個拉格朗日點,其中l1點位於距地球323110千米的位置上。
先將飛船發射到位於拉格朗日點的中轉站,然後在這裏加注在月球上生產的推進劑,與此同時,從月球上發射l1-月球往返運載器來接應飛船,將航天員或建設月球基地物資從中轉站運送到月球。這樣,飛船離開地球時就不再需要攜帶用於月麵著陸和起飛返回的推進劑,也不需要攜帶登月艙,因此飛船的質量可大大減輕,地、月空間運輸成本就可大大降低,由於月球沒有大氣,l1-月球往返運載器應是可重複使用的航天器。
第三種設想:太空電梯。
“太空電梯”的原理很簡單,它的主要部件是纜索,將其一頭固定在地球表麵,另一頭伸向太空,當纜索的重心位於地表3.6萬千米的高度時,它所承受的地球引力和離心力達到平衡,纜索便會聳立空中而不倒,這個高度也就是地球同步軌道的高度;或者從距離地麵3.6萬千米的靜止軌道衛星向地麵垂下一條纜索,為了取得平衡,避免靜止衛星因電梯太重被拉回地麵,在衛星的上麵還要架設另外一條纜索,上半部分的纜索懸浮在太空中,以緩解太空電梯承受的地球引力,這樣,電纜的總長度將達到10萬千米,為地球和月球距離的1/4。沿著這條纜索修建往返於地球和太空之間的電梯型飛船。
目前進入太空的主要運載工具是火箭,火箭要擺脫地球引力需要消耗大量燃料,無論是液體還是固體火箭,所攜帶的燃料都要占到火箭總重量的90%以上,並且多為一次性使用。然而“太空電梯”不需要動用大量燃料,且可重複使用,因此建成之後的運行費用很低,可用於向空間站運送入員和貨物,然後再轉運到月球。
現在的關鍵問題是如何製造這根10萬千米的纜索。從理論上計算,製作這根纜索的材料強度必須達到鋼鐵的180倍之上,目前的技術尚無法實現。隨著納米技術的發展,科學家不斷開發出質量輕、強度高的碳納米管纖維材料,現有的此類纖維材料強度已經達到了所需強度的近1/4。另據報道,最近美國哥倫比亞大學兩名華裔科學家李成古和魏小丁(音譯)首次研究證實,石墨烯是目前世界上已知的強度最高的材料,它比鑽石還堅硬,強度比世界上最好的鋼鐵還要高100倍。石墨是由無數隻有碳原子厚度的“石墨烯”薄片壓疊形成,“石墨烯”是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子麵材料,是碳的二維結構。如果能找到將石墨轉變成大片高質量石墨烯薄膜的方法,則太空電梯纜索的研製有望獲得突破。