如果将20公里长的金属绳甩进电离层,能利用地磁发电吗?

发布网友 发布时间：2022-05-30 17:27

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热心网友 时间：2023-10-22 08:00

1996年，美国哥伦比亚号航天飞机在太空中释放了一颗绳系卫星，卫星与航天飞机之间连接着一段将近20公里长的导电绳索，利用绳索在地磁场内作切割磁感线运动，产生了3安培电流。

电力是人类有史以来最重要的发明之一，第一次工业*依靠蒸汽动力，而第二次工业*则可以被称为电力*，极大的改变了我们的生活，并且现如今还依旧保障着人类社会的发展运行。

电力的重要性也体现在电磁学在咱们的中学物理中是个重点，有句话叫做：“电生磁，磁生电”，想必很多人都听说过，通电导线附近可以产生磁场，而变化的磁场也可以产生电场，“电生磁”咱们不多说，那么“磁生电”有什么方式可以实现呢？

这个问题的答案，大家可以在任意一本相关的物理教材中找到，磁生电的关键点在于磁通量的变化，而为了使磁通量产生变化，可以通过下面两种方式：

第一种就是磁场大小的改变，比如让一个条形磁铁从一组线圈中快速通过，对于每一个线圈来讲，它附近的磁场并不恒定，那么线圈中就会由电流出现。另外一种常见的方式就是让金属导体在磁场中运动，也就是所谓的“切割磁感线”，然后导体内就会产动生电动势，之后再构成回路就有电流出现了。

这个想法很新奇，虽然理论上却是行的通的，但由于地球的磁场并不是很强，而且金属导体在陆地上没法无障碍的移动下去（这里的原因在于，地磁感应强度只有5×10负五次方特斯拉，非常小，所以想要产生可观的电动势，就需要导体的长度足够长，速度足够快，但地面障碍多，长导体没法持续不断的移动），因此一些科学家们就把目光投向了太空。

我们都知道太空是浩瀚无垠的，如果我们能将金属导体放到太空，并且能在地球轨道上运动，那么就无需担心导体运动的问题了，不但没有阻碍，而且能够长时间的运动下去。

而最后将这一想法付诸行动的是来自意大利的科学家们，他们在上世纪末借助于美国的航天飞机“亚特兰蒂斯”号和“哥伦比亚”号进行了两次绳系卫星发电实验，主要装置就是在航天飞机内携带一颗由导电绳索系着的卫星，将卫星抛出航天飞机，绳索的走向同地球磁力线垂直，也就是绳索的一端指向地心。

实验的大致原理：航天飞机在赤道轨道上方运动（这样的位置可以使得切割磁感线时，绳索与磁力线的方向是较为接近垂直的，这样一来获得的电动势也是最大的），可以长时间环绕地球，此时放出由导电绳索系着的卫星，绳索作切割磁感线的运动，而为了构成回路，航天飞机需要在地球大气中的电离层释放这颗绳系卫星，因为电离层内的部分区域呈现电离状态，通过装置可以在卫星、导电绳、航天飞机、电离层这四者之间构成回路。

1992年利用亚特兰蒂斯号进行了第一次发电实验，不过意外的是卫星只放出去了二百五十米左右，就因为装置故障被卡住了，但好在航天飞机的飞行速度快（每秒7.5公里，毕竟电动势等于磁感应强度、导体长度、导体速度着三者的乘积），这段250米长的导电绳还是产生了40伏的电压以及1.5毫安的电流。

很显然，科学家们对这次的结果并不满意，毕竟他们原本打算是放个20公里长的导线，这才250米.....不行，于是在1996年，由哥伦比亚号航天飞机来执行这次任务，这次就顺利多了，导体绳被放出去了19.3公里（这个长度已经很长了，毕竟你很难想象在陆地上，你咋可能牵着一根将近20公里长的绳子奔跑，而且还要弄个回路出来）。

虽然长度是可以了，但倒霉的是长度定格在了19.3公里，为啥？因为绳子断了，但好在19.3公里距离原定的20公里也没差多少，至少也能算是成功了一半吧，而且产生的电流也达到了3安培左右，如果不发生意外，那么提供的电能还是比较可观的。

对于这次绳索断裂事件，一开始是以为过程中产生的张力超出了绳子的极限而引起的，而实际上在航天飞机将装置带回地面后才发现，原来是因为绳子熔化了，注意一点，这里的熔化并不是因为大气摩擦导致的，而是电流所致。

虽然这个实验并没有很顺利的完成，但至少证实了在太空利用地球磁场发电还是有一定的可行性的。但遗憾的是，咱们现在的航天器的电力供应并不是通过这种方式（说的有点马后炮了），毕竟有现成的太阳能为啥不用呢？不但便捷，而且相比于这种绳索发电，成本也低，风险也低。

此外还有一点原因，就是绳索内部的电流会导致安培力的出现，它会不断的降低整个装置（包括航天飞机）的动能。不过反过来讲，我们是不是可以借助于太阳能帆板提供的电能，让绳索产生反向的安培力来提供航天器的动能呢？说到这，个人感觉这种方法还不如多带些燃料，或者提高火箭性能来得划算些。

总的来说，这个实验可能实践了很多人的想法，说不定在有了一些成熟的技术保障之后，将来还真有可能利用这种方式来获取电能。