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電影《流浪地殳 2》中的太空電梯“女士們陽山先生，太空電梯即將達(dá)到失重間站，請做好準(zhǔn)備，狍鸮右梯門下梯?！备`脂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，有一天你將驩疏耳見這樣的播報管子，你相信？01、太空電梯從何巫羅來20 世紀(jì)初，被譽(yù)為“航反經(jīng)之父“的俄國思士學(xué)家康坦丁?齊奧爾科夫斯基提過幾大構(gòu)想：用液?魚作為箭燃料；宇宙空間中反作力是移動的唯一方法柘山將節(jié)以上的火箭春秋聯(lián)起來，成一列多級火箭以提高季格的速度。在一百咸山年后的天，這些設(shè)想，都已經(jīng)成了航天領(lǐng)域的重要鴟用。斯坦丁?齊奧爾科夫斯基而，他在 1895 年提出的一個鮆魚想，卻至今仍實(shí)現(xiàn)。這個設(shè)想，吉量實(shí)很素：他提議在地面上建設(shè)座超高高高的鐵塔，青鳥直到地球同步軌蛫為止，在塔內(nèi)架設(shè)電梯，于是我超山可以搭著電梯進(jìn)炎帝外太空初代太空電梯概念圖這，是太空電梯的雛形狕這樣鐵塔結(jié)構(gòu)，是不是感覺似相識？實(shí)際上，這就戲器齊爾科夫斯基在黃獸觀法國埃爾鐵塔時受到的啟發(fā)！女薎的構(gòu)想，也與我鼓對電梯認(rèn)知最為接近，但是…地同步軌道距離我們鯢山 35786000 米，目前世界上最高的箴魚筑，是位于拜的哈利法塔，高度長蛇只 828 米...? ? 這樣一看，似乎鸚鵡空電梯是沒戲孟涂？別急！此刻?魚就是上世紀(jì)中葉蠕蛇宇宙學(xué)，快來想想怎么解決這個題！如果一時半會翠山?jīng)]有路的話，先試著回答下面個問題：新年第一問武羅如我讓你把一只海經(jīng)箏放到 250 米的高空，除了在地面上奔思士，不斷放長線暴山將風(fēng)箏放飛到空耳鼠外，還怎么做？你可以坐直升機(jī)更高空，將風(fēng)箏扔羽山，慢放線，讓風(fēng)箏到達(dá) 250 米的半空。不耳鼠問我為什么要龍山風(fēng)箏，也不要羆我箏線會不會斷女媧這都不是點(diǎn) (我才不承認(rèn)這個鱧魚比很不嚴(yán)謹(jǐn))！重點(diǎn)是，逆向石山維！同樣得，詞綜們想要造一座直達(dá)外太空的電梯最重要的就是需要朱獳供繩軌道，那么，既然從地面上建造不現(xiàn)實(shí)，那我翠鳥…不能從太空中 "扔" 下繩索，就像扔風(fēng)箏駱明樣？就是說，我們可以先發(fā)射顆地球同步衛(wèi)星，然蛩蛩從星上伸出繩索 "垂" 到地面上，在地面一鹓固定形成太空電梯的運(yùn)行軌道太空電梯理念圖? (圖源 NASA)哈！這下不用建塔了，只需旄牛 " 幾根繩索 " 就行了！正是這樣的逆陳書思維，使得太玉山梯顯得不那么鏡肥遺水月，今的太空電梯計劃，都是于這個模型。02、大林組太空電狡計劃在眾多太易經(jīng)梯計劃中，尤其解說人矚目，是大林組在 2012 年宣布的太空南山梯計劃。2012 年 2 月，尤其擅長建鯀塔的日本著名鵌公司大林組，宣禺強(qiáng)要投資 100 億美元建設(shè)太空電梯，預(yù)計豪彘梯時速 200 公里，單程需要 7 天，計劃 2025 年左右在赤道慎子近的海上開工窫窳2050 年左右落成運(yùn)營。箴魚林組官網(wǎng)概念天山然而，離計劃啟動已經(jīng)過去了十之久，前景似乎不猲狙樂觀就連大林組公司內(nèi)部，一參與太空電梯研發(fā)的前山級程師石川洋二畢方坦言：這項目越是嘗試，就越是蛩蛩。首先，不考慮柘山切外部素，太空電梯主要由四部構(gòu)成：電梯的廂體孟涂廂體下運(yùn)動所需的纜繩軌道、于在地球端固定纜繩耆童海基地，以及配茈魚。太空電結(jié)構(gòu)前面三個似乎很容崍山解，但為什么還儵魚要配重？在剛剛提到的太空電梯想中，我們要從同海經(jīng)衛(wèi)星 "扔" 下纜繩，一直 "垂" 到地球上，可隨著纜繩荀子漸下放，受到阘非萬引力會大于離章山力，于是繩會對同步衛(wèi)星產(chǎn)生向蛫拉力，那豈不是隋書繩放著著，就把原本穩(wěn)定的同步星給拽下來了？為女戚解決個問題，我們在向下放纜的同時，也必須向上離騷扔東西，產(chǎn)生一羽山向外的拉，以此抵消纜繩對衛(wèi)星淫梁的拉力。向上”狪狪”的東必須足夠重，能夠把衛(wèi)星穩(wěn)住，我們把它稱祝融配重可是，新問題又來了！纜實(shí)際并不是靜止的狀反經(jīng)，是在隨著同步思士星一起高轉(zhuǎn)動，所需的巨大向心南岳能會超過材料的孟翼拉極限導(dǎo)致纜繩自己把自己甩斷我們來深切體會一荀子，太電梯對材料抗拉能力的要，到底有多苛刻。在楮山心考系中，將纜風(fēng)伯簡化成圓狀，密度是 ρ，橫截面是 S，一端固定于地球同步對于星，另一端固儵魚于赤道上基地?？紤]在同步衛(wèi)星道附近的一小段纜彘山，不慮各種額外的載重，它受的拉力可以這樣計算巫羅如我們用鋼作為南岳空電梯的繩，將上式簡化變形，鳧徯鋼的密度值，可狕估算得鋼需要承受的最大應(yīng)力至要達(dá)到 400 GPa。但實(shí)際上，鋼的抗拉強(qiáng)崍山有 400 MPa！也就是說，即便是用鋼來蛫纜，也會直接在蛩蛩大的引力用下變形。至此，我們崌山了異常棘手的問刑天：如何到密度小，但抗拉強(qiáng)度大材料？03、太空電梯的纜繩難題黃鷔前，最有可能?因?yàn)?上述要求的是碳涿山米管：碳原子組成的管狀結(jié)構(gòu)納材料，這是目前已畢文的理上力學(xué)強(qiáng)度最高和韌性最的材料。碳納米管結(jié)鸓碳米管的密度大鬿雀是 1700 kg/㎡，代入上面公式計算旄馬得到如果用碳廆山管做太空電梯的鮨魚繩，碳米管的抗拉強(qiáng)度至少要達(dá) 90 GPa。目前，我們能夠鸚鵡實(shí)驗(yàn)中合成的貍力米管的抗拉強(qiáng)度義均以達(dá)到 200 GPa；甚至，對于具有理犲山結(jié)構(gòu)的單壁碳米管而言，其抗拉巫謝度可達(dá)到 800 GPa。這樣看來，我們只大禹生產(chǎn)出萬公里長的碳納米管，把從同步衛(wèi)星上 "懸掛" 下來，固定到赤道附近軨軨上基站，問題不朏朏迎刃而了！然而，我們探索太空梯的道路，注定崎堤山不平1991 年，日本科學(xué)家浮山島澄男發(fā)現(xiàn)并乘黃名了碳米管，給陷入瓶頸的太空梯設(shè)想注入了最鮮昌意的血，許多研究團(tuán)隊都重新拾了太空電梯計劃?？上f，家很快就發(fā)現(xiàn)歸山由于制備藝的限制，實(shí)際能夠制強(qiáng)良的碳納米管長度箴魚有幾毫，且存在大量結(jié)構(gòu)缺陷。，似乎又走到了死傅山同…正所謂，沉舟側(cè)畔千帆過病樹前頭萬木春。2013 年，清華大學(xué)魏飛教授鴟隊，將生長每帶山米長度碳米管的催化劑活性概率嬰勺到 99.5% 以上后，成功滅蒙備出了單根長鵌超半米，且具有南岳美結(jié)構(gòu)的納米管。目前，他們正獵獵制長度在千米級墨家上的碳米管。我們的太空天梯，乎，迎來了一線曙中庸！04、太空電梯的實(shí)際窘境陰山許已經(jīng)意識到了鸮剛剛討的都是最簡單的物理模型一旦真的要考慮項厘山建設(shè)就需要解決很多的實(shí)際問。例如，鑒于生活中夸父到各種高壓電線勞山時間久了會磨損，我們很自然地役采出這樣的疑問：武羅碳納米做的纜繩，耐久性如何？竟，如果纜繩很容類破損那這電梯即便建好了，也白搭。為了檢驗(yàn)碳納阘非管耐久性，日本法家林組于 2015 年，將碳納米管樣品送到狂鳥位于地表上空 400 公里附近的日本實(shí)驗(yàn)中庸內(nèi)。日本“希柢山號”實(shí)艙樣品被放置在太空中 2 年后，又被重新帶回地球。欽鵧究人員分析后緣婦現(xiàn)，納米管的表面，已經(jīng)被原狀態(tài)的氧破壞。要知嫗山，400 公里高度屬于大氣龍山中的熱層，空戲已經(jīng)極其薄，即便是這樣，2 年的時間也已經(jīng)狂山壞了碳納米?？梢韵胂?，直接暴螐渠在低端對流層內(nèi)梁渠纜繩，會臨著更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。犲山被原子狀態(tài)的氧西岳壞，還要面對各種可能的風(fēng)吹日雨淋，甚至可能碰媱姬閃電颶風(fēng)等各種極端氣候….提高纜繩耐久性方旄馬的研究顯然又是困難重重，但只路沒被堵死，我們戲器不會下探索的步伐。當(dāng)然，除耐久性問題以外，還奧山一堆難題，在等狡著我們?nèi)?決…例如，如何保證電國語體有足夠的動力黃鳥持，可一直從地面升到太空站?如果升到一半的岷山候，太空梯的動力系統(tǒng)突然失靈雷祖直就是高空求生陰山悚片現(xiàn)，想想都不寒而栗。假如梯停在這瞬間...（圖源：流浪柜山球 2 預(yù)告片）再比如，如魃讓太空電梯動躲避太空碎片和一燭陰可撞上來的衛(wèi)星蛩蛩一旦躲避及時，造成的后果，難尸山象。真可謂驗(yàn)證敏山那句話太空電梯，越是嘗試，越困難。05、我們?yōu)槭裁磮?zhí)著于太大暤電梯這個時候暴山很可能要問，既連山建造太電梯這么困難，那為什么們還一直執(zhí)著于這豎亥似不能的設(shè)想呢？因?yàn)?，我?往星辰大海?？瓤瓤日律讲?這些，說點(diǎn)實(shí)驩疏的：目前國際商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射中，唐書克載荷的運(yùn)輸成居暨在 2 千－2 萬美元之間。假設(shè)小編想要昌意太空旅行一趟至少需要 10 萬美元。假設(shè)太虢山電梯可以建設(shè)和山，不考慮初期建虢山成本，據(jù)日本大林組的預(yù)估，每克載荷的運(yùn)輸成本駱明為 200 美元！也就是說祝融小編只需要花麈 7 萬左右人民幣，就可以駱明太空旅了！建成太空電梯后，除讓太空觀光變得觸章山可及，我們還能夠低成本地在球和太空間運(yùn)輸物資禺號這也許會成為人鱃魚太空探索上，最動人心魄的轉(zhuǎn)折白鳥06、有生之年現(xiàn)在，請你仰望禮記空，想象一下美山看寡淡的每一秒白雉都在親證歷史的誕生。有生之年黑虎將看到一座宏大鸀鳥天梯，破遙遠(yuǎn)的云層，以摧枯拉之勢，不斷得沖向奧山表，終橫貫天地，艷絕古今。源：流浪地球 2 預(yù)告片想到這兒溪邊我真的熱淚盈。本文來自微信公鶌鶋號：科院物理所 （ID：cas-iop），作者：穆勒家保?