當(dāng)人類起初考慮要在月球和地球之外的其他星球上定居時(shí)，他們可能不會(huì)想到用現(xiàn)代火箭技術(shù)。相反，太空旅行和定居可能會(huì)依賴于一項(xiàng)在有歷史記載以前就發(fā)明的技術(shù)——繩子。

怎樣只用繩子就能推動(dòng)物體穿越太空呢?讓我們先考慮兩種情景：第一種情景是兩個(gè)人造衛(wèi)星用一根粗粗的繩索連著，其中一個(gè)衛(wèi)星可以用這根繩子把另一個(gè)扔到另一個(gè)軌道，就像是獵手用彈弓投擲石塊一樣。這一理念可以用來把一個(gè)有效載荷發(fā)送到月球或者更遠(yuǎn)的太空。第二種情景是如果繩子是一根能導(dǎo)電的電線，通電后它將會(huì)與地球的磁場(chǎng)相互作用從而產(chǎn)生推動(dòng)力。動(dòng)量轉(zhuǎn)移和電力學(xué)就是利用這兩種情況的優(yōu)點(diǎn)來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的。不用消耗大量的推進(jìn)劑，它們的工作原理僅僅是從一個(gè)已經(jīng)在軌道中運(yùn)行的物體上獲取一點(diǎn)動(dòng)能，或者是使用太陽能電池板提供的電能。迄今為止，有17次太空任務(wù)已經(jīng)使用到了繩子，其中大多數(shù)任務(wù)都圓滿成功，但是普通大眾僅僅知道其中的兩次失敗的任務(wù)。在1992年，意大利航天局本打算把一個(gè)自己建造的人造衛(wèi)星，在其離開地球后把它向上拋向太空，這顆人造衛(wèi)星起初是被一根用絕緣銅線做成的長繩子連接在“亞特蘭蒂斯”號(hào)航天器上的。但是后來線軸機(jī)卡住了，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。4年后，美國航空航天局進(jìn)行了另一次嘗試。在那次任務(wù)中，當(dāng)繩子伸展到20千米時(shí)，航天器在地球磁場(chǎng)的穿梭運(yùn)動(dòng)使航天器上的繩子設(shè)備具有了3500伏的電壓。此外。意大利人造衛(wèi)星有一個(gè)通向電離層的電力管道，這使得安培級(jí)的電流可以通過繩子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明這種電動(dòng)繩子可以把航天器的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為千伏電力，反之亦然。然而不幸的是，繩子上的絕緣部分存在一個(gè)缺陷，使得帶有高功率的電弧從繩子上跳到了調(diào)度裝備上，而且電弧也燒壞了繩子。不過盡管這次破壞使得項(xiàng)目的電動(dòng)部分被迫中止，但是它卻無意中表現(xiàn)了動(dòng)量是如何轉(zhuǎn)移的。當(dāng)時(shí)，意大利人造衛(wèi)星在航天器上空20千米的地方，在力的推動(dòng)下，它正以高于軌道速度的速度向更高的地方飛去。不過結(jié)果卻是，當(dāng)繩子被燒斷后，過多的動(dòng)能使得人造衛(wèi)星被推到了繩子7倍長度的高度，大約飛到了航天器上空140千米的位置。

1993年，在圣地亞哥人們?yōu)榱蓑?yàn)證約瑟夫·A，卡羅爾提出的繩子應(yīng)用理論，一個(gè)有效載荷被連接在一根從一個(gè)巨大人造衛(wèi)星放下的長約20千米的繩子上。因?yàn)楫?dāng)時(shí)有效載荷的速度要比一個(gè)處于相同軌道高度的物體應(yīng)當(dāng)有的速度慢，所以在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候切斷繩子會(huì)使有效載荷降落到地球地表上預(yù)定的那一點(diǎn)。繩子應(yīng)用理論現(xiàn)在正在被用于開發(fā)一種返回艙和紐帶，國際空間站正利用它們把緊急貨物送往地球，其中包括不能等待下次航天器飛行的有效載荷。1994年，在一次相關(guān)任務(wù)中，一個(gè)有效載荷被拴在一根20千米的繩子上，以此來檢驗(yàn)這根與風(fēng)箏線一樣細(xì)的繩子能在與微小流星和空間碎片的碰撞中維持多長時(shí)間。一根繩子的預(yù)期壽命只有12天，而且它也很有可能被一個(gè)高速飛行的像一粒沙子一樣大的微小顆粒割斷。實(shí)際情況是繩子在4天后就被割斷了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，需要做很多根相互獨(dú)立的繩子，這樣它們就不會(huì)被同一個(gè)小顆粒割斷。1996年6月發(fā)射的兩顆人造衛(wèi)星就用了一根長4千米的繩子連接在一起，它在太空軌道中被使用了3年還沒有被割斷。

在進(jìn)行的另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室和國家偵察辦公室用一個(gè)不同的設(shè)計(jì)對(duì)繩子進(jìn)行了檢驗(yàn)，它是一個(gè)細(xì)細(xì)的、有3厘米寬的塑料帶子，上面包滿了具有較大強(qiáng)度的纖維管。這根長6千米的繩子可以在太空中使用很多年，但是塑料帶子使它的重量增加了。我們公司是位于華盛頓克林頓的無限纜繩公司，正在與都位于蘇格蘭基馬諾克的卡爾津織物公司和弗萊明斯紡織品公司合作制造一種多線性的、中空的、魚網(wǎng)狀的繩子，它們可能在太空中被使用數(shù)十年。其他類型的繩子也在計(jì)劃生產(chǎn)。位于密歇根州荷蘭市的密歇根科技公司計(jì)劃在2000年用航天器把兩個(gè)用一根2千米繩子拴在一起的科研用包裹釋放在太空中。2000年年的一項(xiàng)任務(wù)能夠展示一根通電的繩子能調(diào)低“三角洲2”號(hào)上面級(jí)的軌道。在無限纜繩公司，我們正研發(fā)一種美國航空航天局理念的商用型版本，一種可以在發(fā)射前連接在一個(gè)衛(wèi)星或者上面級(jí)的小包裹。當(dāng)航天器完成其使命或者出現(xiàn)故障，這種通電的纜繩就會(huì)展開。并且把航天器拖離地球磁場(chǎng)，從而使航天器迅速失去控制直到在大氣上層燃燒。美國航空航天局也會(huì)考慮把這種電動(dòng)纜繩作為向上的推動(dòng)力。在該系統(tǒng)中，太陽能電池板將會(huì)給纜繩通一股電從而使纜繩把航天器拖離地球磁場(chǎng)。由此產(chǎn)生的力量可以使有效載荷無限期地繞地球運(yùn)行。這種方法可以用來保證國際空間站在軌道上不停的運(yùn)行而不用重新補(bǔ)充燃料。

繩子在多大程度上影響人類的未來呢?我們和其他人分析了一種有幾百千米長的可以像車輪一樣轉(zhuǎn)圈，用以把有效載荷發(fā)送到月球或者更遠(yuǎn)地方的纜繩系統(tǒng)。想法很簡單，就像人猿泰山從一根藤條上蕩到另一根上一樣。首先，一根低軌道纜繩把有效載荷從可重復(fù)使用的航天器上拿起，然后把它運(yùn)送給另一個(gè)在更遠(yuǎn)的橢圓形地球軌道的繩子。然后第二根繩子就把有效載荷扔到月球上，被另一根早就在軌道上的繩子接住。而這跟繩子就以適當(dāng)?shù)乃俣妊刂虑蛳褴囕喴粯臃D(zhuǎn)，在接到有效載荷后，就會(huì)輕輕把它降在月球表面。與此同時(shí)，繩子還可以拿起另一個(gè)有效載荷。如果傳送和拿起的物體重量平衡時(shí)，就不需要推進(jìn)劑。這種傳輸方式可以打造通往月球的高速公路，這樣就使頻頻造訪月球成為家常便飯。很明顯，要使這一個(gè)系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)還要面臨很多技術(shù)上的難題，但是開放一種新的太空飛行方式的潛力是巨大的。或許有一天，會(huì)有無數(shù)的車輪狀的繩子圍繞著行星和月球，它們帶來了喧鬧和星際商業(yè)的喧囂，而這一切將開始于一條繩子。