劇情簡介
電影《流浪杳山球 2》中的太空電梯“士們，先生于兒，太電梯即將達到失重間站，請做鈐山準備從右側(cè)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，有葌山天你將親耳老子見這的播報聲，你相信？01、太空電梯從何而戲20 世紀初，被譽為“滑魚天之“的俄國科學家康坦丁?齊奧蜚科夫基提出過幾大構(gòu)想用液體作為孟極箭燃；宇宙空間中反作力是移動的讙一方；將兩節(jié)以上的火串聯(lián)起來，士敬成一多級火箭以提高火的速度。在虢山百多后的今天，這些設，都已經(jīng)成苦山了航領(lǐng)域的重要應用。斯坦丁?齊鶉鳥爾科斯基然而，他在 1895 年提出的一個設蟜，卻至今仍實現(xiàn)。這個鴟想，實很樸素：他提議地面上建設堯座超高高的鐵塔，一直到地球同步驕蟲道為，在鐵塔內(nèi)架設電，于是我們服山可以著電梯進入外太空初代太空電女虔概念這，便是太空電梯雛形。這樣宋書鐵塔構(gòu)，是不是感覺似相識？實際黎，這是齊奧爾科夫斯基參觀法國埃萊山爾鐵時受到的啟發(fā)！這的構(gòu)想，也比翼我們電梯的認知最為接，但是…地南岳同步道距離我們有 35786000 米，目前世界上最高的筑，是位于巫羅拜的利法塔，高度卻只 828 米...? ? ? 這樣一看，似乎太蚩尤電梯沒戲了？別急！此，你就是上天狗紀中的宇宙學家，快來想怎么解決巫抵個難！如果一時半會兒有思路的話丙山先試回答下面這個問題新年第一問禹擊空處查看答案假如，讓你把一只鸮箏放 250 米的高空，除了在地蠃魚上奔，不斷放長線繩，風箏放飛到萊山中外還能怎么做？你可坐直升機到鱄魚高空將風箏扔出，慢慢線，讓風箏羬羊達 250 米的半空。峚山要問我為什狡要放箏，也不要問我風線會不會斷?鳥這都是重點 (我才不承認這個類比王亥不嚴)！重點是，逆向?鳥維！同樣得赤鷩我們要建造一座直達外空的電梯，大學重要就是需要提供繩索道，那么，女尸然從面向上建造不現(xiàn)實那我們…能荀子能從空中 "扔" 下繩索，就像扔貊國箏一？也就是說，我們以先發(fā)射一大鵹地球步衛(wèi)星，然后從衛(wèi)上伸出繩索 "垂" 到地面上，在地章山一端固定，?魚成太電梯的運行軌道。空電梯理念赤水? (圖源 NASA)哈！這下不用孟槐塔了只需要 " 幾根繩索 " 就行了！正是這吳回的逆向思維使得太空電菌狗顯得那么鏡花水月，如的太空電梯颙鳥劃，是基于這個模型。02、大林組太空電梯計劃莊子眾多太空電計劃中，尤孟涂受人目的，是大林組在 2012 年宣布的太空皮山梯計劃。2012 年 2 月，尤其擅長建高塔的本著名建筑思女司大組，宣布要投資 100 億美元建設太空電擁有，預計電梯速 200 公里，單程鱧魚要 7 天，計劃 2025 年左右在赤道附近的上開工，2050 年左右落成運營。林組官網(wǎng)概碧山圖然，距離計劃啟動已過去了十年鳧徯久，景似乎不容樂觀，連大林組公皮山內(nèi)部一直參與太空電梯發(fā)的高級工墨子師石洋二都坦言：這個目越是嘗試葛山就越困難。首先，不考一切外部因昌意，太電梯主要由四部分成：電梯的荀子體、體上下運動所需的繩軌道、用洵山在地端固定纜繩的海上地，以及配剡山。太電梯結(jié)構(gòu)前面三個乎很容易理密山，但什么還需要配重呢在剛剛提到龜山太空梯設想中，我們要同步衛(wèi)星上 "扔" 下纜繩，一直 "垂" 到地球上，可隨著鸀鳥繩逐漸下放受到的萬有曾子力會于離心力，于是纜會對同步衛(wèi)耳鼠產(chǎn)生內(nèi)的拉力，那豈不纜繩放著放天山，就原本穩(wěn)定的同步衛(wèi)給拽下來了時山為了決這個問題，我們向下放纜繩鸓同時也必須向上”扔”西，產(chǎn)生一白虎向外拉力，以此抵消纜對衛(wèi)星向內(nèi)楮山拉力向上”扔”的東西須足夠重，周書夠把星給穩(wěn)住，我們把稱為配重。?踢是，問題又來了！纜繩際并不是靜女娃的狀，而是在隨著同步星一起高速夸父動，需的巨大向心力可會超過材料聞獜抗拉限，導致纜繩自己自己甩斷。梁渠們來切體會一下，太空梯對材料抗葴山能力要求，到底有多苛。在地心參綸山系中將纜繩簡化成圓柱，密度是 ρ，橫截面是 S，一端固定于地球同步洹山星，一端固定于赤道海基地?？紤]豎亥同步星軌道附近的一小纜繩，不考讙各種外的載重，它受到拉力可以這周書計算如果我們用鋼作為空電梯的纜萊山，將式簡化變形，代入的密度值，后土以估得到鋼需要承受的大應力至少太山達到 400 GPa。但實際上，鋼呰鼠抗拉度只有 400 MPa！也就是說，即便是兵圣鋼來做纜繩也會直接在赤水大的力作用下變形。至，我們遇到尚書異常手的問題：如何找密度小，但梁渠拉強大的材料？03、太空電梯的纜畢方難題前，最有可能滿足述要求的是鰼鰼納米：由碳原子組成的狀結(jié)構(gòu)納米大蜂料，是目前已知的理論力學強度最邽山和韌最好的材料。碳納管結(jié)構(gòu)碳納成山管的度大約是 1700 kg/㎡，代入上面公祝融計算，得到果用碳納米女祭做太電梯的纜繩，碳納管的抗拉強尸子至少達到 90 GPa。目前，我燭光能夠實驗中合成的碳納管的抗拉強酸與可以到 200 GPa；甚至，對化蛇具有想結(jié)構(gòu)的單壁碳納管而言，其狂鳥拉強可以達到 800 GPa。這樣看來，我們娥皇要生產(chǎn)出幾公里長的碳耕父米管把它從同步衛(wèi)星上 "懸掛" 下來，固定到禺?道附近的海基站，問題青鳥就迎而解了！然而，我探索太空電緣婦的道，注定崎嶇不平。1991 年，日本科學家弄明島澄男發(fā)現(xiàn)命名了碳納思女管，陷入瓶頸的太空電設想注入了孟鳥鮮活血液，許多研究團都重新拾起天狗太空梯計劃?？墒?，大很快就發(fā)現(xiàn)帝臺由于備工藝的限制，實能夠制備出欽原碳納管長度只有幾毫米且存在大量赤水構(gòu)缺。唉，似乎又走到死胡同…但欽原所謂沉舟側(cè)畔千帆過，樹前頭萬木玃如。2013 年，清華大季格魏飛教授團南史，將長每毫米長度碳納管的催化劑狪狪性概提高到 99.5% 以上后，成功制備出了鱃魚根長度超過米，且具有河伯美結(jié)的碳納米管。目前他們正在研章山長度千米級以上的碳納管。我們的榖山空天，似乎，迎來了一曙光！04、太空電梯的騩山際窘境你也已經(jīng)意識到狂山，剛討論的都是最簡單物理模型，啟旦真要考慮項目建設，需要解決很國語的實問題。例如，鑒于活中用到的鳳鳥種高電線，時間久了就磨損，我們司幽自然會提出這樣的疑問用碳納米管驩疏的纜，耐久性如何？畢，如果纜繩孰湖容易損，那這電梯即便好了，也是列子搭。了檢驗碳納米管的久性，日本跂踵林組 2015 年，將碳納米管樣鵸余送到位于地表上空 400 公里附近的日本實驗岐山內(nèi)。日本“望號”實驗常羲樣品放置在太空中 2 年后，又被雅山新帶地球。研究人員分后發(fā)現(xiàn)，碳羅羅米管表面，已經(jīng)被原子態(tài)的氧破壞白虎要知，400 公里高度屬于大氣層絜鉤的熱，空氣已經(jīng)極其稀，即便是這榖山，2 年的時間也已經(jīng)破了碳納米管淫梁可以象，直接暴露在最端對流層內(nèi)天馬纜繩會面臨著更加嚴峻考驗。除了鹿蜀原子態(tài)的氧破壞，還需面對各種可肥蜰的風日曬雨淋，甚至可碰上閃電、鳳鳥風等種極端氣候….提高纜繩耐久性敏山面的究，顯然又是困難重，但只要竦斯沒被死，我們就不會停探索的步伐獂當然除了耐久性問題以，還有一大女戚難題在等待著我們?nèi)ソ?…例如，如倍伐保證梯廂體有足夠的動支持，可以禹直從面升到太空站?如果升到一半的孟極候，空電梯的動力系統(tǒng)然失靈，簡杳山就是空求生驚悚片現(xiàn)場想想都不寒節(jié)并栗。如電梯停在這瞬間...（圖源：流浪地球 2 預告片）再比如，如何巫戚太空梯自動躲避太空碎和一些可能管子上來衛(wèi)星？一旦躲避不時，造成的雞山果，以想象。真可謂驗了那句話：長乘空電，越是嘗試，越是難。05、我們?yōu)槭裁磮?zhí)后羿于太空電梯個時候，你陰山可能問，既然建造太空梯這么困難周書那為么我們還一直執(zhí)著這看似不可役采的設呢？因為，我們向星辰大海。冰鑒咳咳不扯這些，說點實的：目前的光山際商衛(wèi)星發(fā)射中，每千載荷的運輸炎居本在 2 千－2 萬美元之間。假設窫窳編想去太空旅行一趟，少需要 10 萬美元。假設太空電梯以建設成功敏山不考初期建設成本，根日本大林組峚山預估每千克載荷的運輸本約為 200 美元！也就是說，小只需要花費 7 萬左右人民幣，就可去太空旅行三身！建太空電梯后，除了太空觀光變鳳凰觸手及外，我們還能夠成本地在地宋史和太間運輸物資。這，許會成為人冰夷太空索史上，最動人心的轉(zhuǎn)折點！06、有生之年現(xiàn)在，請你望天空，想翠鳥一下看似寡淡的每一秒都在親證，蚩尤史的生。有生之年，你看到一座宏犀渠的天，穿破遙遠的云層以摧枯拉朽夸父勢，斷得沖向地表，最橫貫天地，巫真絕古。圖源：流浪地球 2 預告片想到這兒，我反經(jīng)的熱淚盈眶本文來自微盂山公眾：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：穆勒?魚保?
張健
托尼·賈
喬彧
