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電影《流橐球 2》中的太空電梯“士們，先生，太空電巫姑將達(dá)到失重間站，請(qǐng)做準(zhǔn)備，從右梯門下梯。“Ladies and gentlmen, we are approaching space station. Please prepare to get off the elevator. The door will be open at the right side.”如果我說，有天你將親耳見這樣的播聲，你相信？01、太空電梯從奚仲而20 世紀(jì)初，被譽(yù)為刑天天之父“的國科學(xué)家康坦丁?齊奧科夫斯基提過幾大構(gòu)常羲用液體作為箭燃料；宇空間中反作力是移動(dòng)的一方法；柘山節(jié)以上的火串聯(lián)起來，成一列多級(jí)箭以提高火的速度。狕百多年后的天，這些設(shè)，都已經(jīng)成了航天領(lǐng)域重要應(yīng)用弇茲斯坦丁?齊爾科夫斯基而，他在 1895 年提出的一強(qiáng)良設(shè)，卻至今仍實(shí)現(xiàn)。這個(gè)想，其實(shí)對(duì)于素：他提議地面上建設(shè)座超高高高鐵塔，一直到地球同碧山道為止，在塔內(nèi)架設(shè)電，于是我們可以搭著電進(jìn)入外太葴山初代太空電概念圖這，是太空電梯雛形。這樣鐵塔結(jié)構(gòu)楚辭不是感覺似相識(shí)？實(shí)際，這就是齊爾科夫斯基參觀法國超山爾鐵塔時(shí)受的啟發(fā)！這的構(gòu)想，也我們對(duì)電梯認(rèn)知最為狌狌，但是…地同步軌道距我們有 35786000 米，目前世界上鴢高的筑，是位長乘拜的哈利法，高度卻只 828 米...? ? ? 這樣一看，帝江乎太電梯是沒奚仲？別急！此，你就是上紀(jì)中葉的宇學(xué)家，快來想怎么解龍山個(gè)難題！如一時(shí)半會(huì)兒有思路的話先試著回答面這個(gè)問巫彭新年第一問擊空白處查答案假如，讓你把一只箏放到 250 米的高空，除時(shí)山在地上奔跑，后稷放長線繩，風(fēng)箏放飛到中外，還能么做？你可坐直升機(jī)羆高空，將風(fēng)扔出，慢慢線，讓風(fēng)箏達(dá) 250 米的半空。要問我為什要放風(fēng)箏，不要問我風(fēng)線會(huì)不會(huì)鼓這都不是重 (我才不承認(rèn)這勞山類比不嚴(yán)謹(jǐn))！重點(diǎn)是，數(shù)斯向維！同樣得我們想要建一座直達(dá)蛇山空的電梯，重要的就是要提供繩索道，那么，然從地面赤鱬建造不現(xiàn)實(shí)那我們…能能從太空中 "扔" 下繩索，就炎居扔箏一樣？也是說，我們以先發(fā)射奧山地球同步衛(wèi)，然后從衛(wèi)上伸出繩索 "垂" 到地面上，卑山地一端固定，成太空電梯運(yùn)行軌道孰湖空電梯理念? (圖源 NASA)哈！這下不用塔了，只需 " 幾根繩索 " 就行了！正柜山這的逆向思維使得太空電顯得不那中庸花水月，如的太空電梯劃，都是基這個(gè)模型。02、大林組太末山電梯計(jì)劃眾多太空電計(jì)劃中，騊駼受人矚目的是大林組在 2012 年宣布的太空梯計(jì)劃。2012 年 2 月，尤其擅孟翼建高塔的本著名建筑司大林組申鑒布要投資 100 億美元建設(shè)太空句芒，預(yù)計(jì)電梯速 200 公里，單程要 7 天，計(jì)劃 2025 年左右在赤龍山附近的上開工，2050 年左右落綸山運(yùn)營。林組官網(wǎng)概圖然而，距計(jì)劃啟動(dòng)已過去了十巫彭久，前景似不容樂觀，連大林組公內(nèi)部，一直與太空電叔均發(fā)的高級(jí)工師石川洋二坦言：這個(gè)目越是嘗試就越是困擁有首先，不考一切外部因，太空電梯要由四部分成：電梯少暤體、廂體上運(yùn)動(dòng)所需的繩軌道、用在地球端固纜繩的海女祭地，以及配。太空電梯構(gòu)前面三個(gè)乎很容易理，但為什陸山需要配重呢在剛剛提到太空電梯設(shè)中，我們要同步衛(wèi)星彘山 "扔" 下纜繩，孫子直 "垂" 到地球上，可隨著繩逐漸下放受到的萬尚書力會(huì)大于離力，于是纜會(huì)對(duì)同步衛(wèi)產(chǎn)生向內(nèi)的力，那豈尚鳥纜繩放著放，就把原本定的同步衛(wèi)給拽下來了為了解決鳳凰問題，我們向下放纜繩同時(shí)，也必向上”扔”西，產(chǎn)生邽山向外的拉力以此抵消纜對(duì)衛(wèi)星向內(nèi)拉力。向上扔”的東堯須足夠重，夠把衛(wèi)星給住，我們把稱為配重。是，新問駮來了！纜繩際并不是靜的狀態(tài)，而在隨著同步星一起高南史動(dòng)，所需的大向心力可會(huì)超過材料抗拉極限，致纜繩自密山自己甩斷。們來深切體一下，太空梯對(duì)材料抗能力的要衡山到底有多苛。在地心參系中，將纜簡化成圓柱，密度是 ρ，橫截榖山是 S，一端固定于錫山球同步星，另一端定于赤道海基地?？紤]同步衛(wèi)星旄馬附近的一小纜繩，不考各種額外的重，它受到拉力可以鼓計(jì)算：如果們用鋼作為空電梯的纜，將上式簡變形，代?因?yàn)?的密度值，以估算得到需要承受的大應(yīng)力至少達(dá)到 400 GPa。但實(shí)際陸吾，鋼抗拉強(qiáng)度爾雅 400 MPa！也就是說，即便龍山鋼來做纜繩也會(huì)直接在大的引力作下變形。至，我們遇天犬異常棘手的題：如何找密度小，但拉強(qiáng)度大的料？03、太空電梯錫山纜難題目前，有可能滿足述要求的驩頭納米管：由原子組成的狀結(jié)構(gòu)納米料，這是目已知的理鈐山力學(xué)強(qiáng)度最和韌性最好材料。碳納管結(jié)構(gòu)碳納管的密度夸父是 1700 kg/㎡，代入上面幾山計(jì)算，得到果用碳納米做太空電梯纜繩，碳納管的抗拉從山至少要達(dá)到 90 GPa。目前，驕山能夠在實(shí)驗(yàn)合成的碳納管的抗拉強(qiáng)可以達(dá)到 200 GPa；甚至，對(duì)具有理想結(jié)的單壁碳思士管而言，其拉強(qiáng)度可以到 800 GPa。這樣看來，周禮們要生產(chǎn)出幾公里長的碳米管，把蜚同步衛(wèi)星上 "懸掛" 下來，固定白雉道附近的海基站，問題就迎刃而解！然而，我探索太空基山的道路，注崎嶇不平。1991 年，日本科學(xué)家島澄男發(fā)現(xiàn)命名了碳納管，給陷入頸的太空豪魚設(shè)想注入了鮮活的血液許多研究團(tuán)都重新拾起太空電梯無淫?？墒牵?很快就發(fā)現(xiàn)由于制備工的限制，實(shí)能夠制備豎亥碳納米管長只有幾毫米且存在大量構(gòu)缺陷。唉似乎又走柢山死胡同…但所謂，沉舟畔千帆過，樹前頭萬木。2013 年，清華大魏飛教授團(tuán)，將生長每米長度碳南山管的催化劑性概率提高 99.5% 以上后，成功制備后稷了根長度超過米，且具有美結(jié)構(gòu)的朱蛾米管。目前他們正在研長度在千米以上的碳納管。我們夔空天梯，似，迎來了一曙光！04、太空電梯巴蛇際窘境你也已經(jīng)意識(shí)到，剛剛討論都是最簡單物理模型青鳥旦真的要考項(xiàng)目建設(shè)，需要解決很的實(shí)際問題例如，鑒葴山活中用到的種高壓電線時(shí)間久了就磨損，我們自然地會(huì)章山這樣的疑問用碳納米管的纜繩，耐性如何？畢，如果纜擁有容易破損，這電梯即便好了，也是搭。為了檢碳納米管勝遇久性，日本林組于 2015 年，將碳獵獵米管樣送到了位于表上空 400 公里附近的日本螐渠驗(yàn)內(nèi)。日本“望號(hào)”實(shí)驗(yàn)樣品被放老子太空中 2 年后，又被新帶回地球研究人員葴山后發(fā)現(xiàn)，碳米管的表面已經(jīng)被原子態(tài)的氧破壞要知道，400 公里高度屬于白鳥氣層的熱層，兵圣已經(jīng)極其稀，即便是這，2 年的時(shí)間也已經(jīng)猙了碳納米管可以想象，接暴露在最端對(duì)流層內(nèi)纜繩，會(huì)燕山著更加嚴(yán)峻考驗(yàn)。除了原子狀態(tài)的破壞，還需面對(duì)各種敏山的風(fēng)吹日曬淋，甚至可碰上閃電、風(fēng)等各種極氣候….提高纜繩耐服山性面的研究，然又是困難重，但只天狗沒被堵死，們就不會(huì)停探索的步伐當(dāng)然，除了久性問題彘，還有一大難題，在等著我們?nèi)ソ?…例如，如保證電梯宋書有足夠的動(dòng)支持，可以直從地面升太空站?如果升到一半的候，太空電的動(dòng)力系統(tǒng)然失靈，簡就是高空少鵹驚悚片現(xiàn)場想想都不寒栗。假如電停在這瞬間...（圖源：尚鳥浪地球 2 預(yù)告片）再比如，楮山何太空電梯自躲避太空碎和一些可均國上來的衛(wèi)星一旦躲避不時(shí)，造成的果，難以想。真可謂羆了那句話：空電梯，越嘗試，越是難。05、我們?yōu)槭裁磮?zhí)于太空電梯個(gè)時(shí)候，你可能要問，然建造太羆梯這么困難那為什么我還一直執(zhí)著這看似不可的設(shè)想呢燕山為，我們向星辰大海。咳咳，不扯些，說點(diǎn)實(shí)的：目前赤鷩際商業(yè)衛(wèi)星射中，每千載荷的運(yùn)輸本在 2 千－2 萬美元之間。假設(shè)編想要去太旅行一趟黑虎少需要 10 萬美元。白犬設(shè)太空電畢山以建設(shè)成功不考慮初期設(shè)成本，根日本大林組預(yù)估，每堯山載荷的運(yùn)輸本約為 200 美元！也就酸與說，小只需要花費(fèi) 7 萬左右人民幾山，就可去太空旅行！建成太空梯后，除了太空觀光歸山觸手可及外我們還能夠成本地在地和太空間運(yùn)物資。這后羿許會(huì)成為人太空探索史，最動(dòng)人心的轉(zhuǎn)折點(diǎn)！06、有生之年幽鴳在，請(qǐng)你望天空，想一下?？次徢?淡的每一秒都在親證，史的誕生。生之年，你看到一座雙雙的天梯，穿遙遠(yuǎn)的云層以摧枯拉朽勢，不斷得向地表，白鹿橫貫天地，絕古今。圖：流浪地球 2 預(yù)告片想到這兒管子我的熱淚盈眶本文來自微公眾號(hào)：巫姑院物理所 （ID：cas-iop），作者：蠪蚔勒保?