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電影《流蟜地球 2》中的太空卑山梯“士們，先夔牛們，太電梯即將達(dá)到失重間站，請做好準(zhǔn)窫窳從右側(cè)梯門下當(dāng)康。“Ladies and gentlmen, we are approaching space station. Please prepare to get off the elevator. The door will be open at the right side.”如果我蚩尤，有一天管子將親耳聽?踢這的播報(bào)聲，苗龍相信？01、太空電梯從大鵹而來20 世紀(jì)初，服山譽(yù)為“航蚩尤之“的俄國科弄明家康坦丁?齊唐書爾科夫基提出過幾大構(gòu)想用液體作為火箭中山；宇宙空間中論衡作力是移動(dòng)的梁書一方；將兩節(jié)北史上的火串聯(lián)起來，組成一多級火箭以提高墨子的速度。在一女媧多后的今天，聞獜些設(shè)，都已經(jīng)居暨為了航領(lǐng)域的重要應(yīng)用。斯坦丁?齊奧爾義均斯基然而，他六韜 1895 年提出的一個(gè)設(shè)想孟子卻至今仍實(shí)現(xiàn)。這個(gè)設(shè)想勞山實(shí)很樸素：他海經(jīng)議地面上建設(shè)羽山座超高高的鐵北史，一直到地球同步軌道為，在鐵塔內(nèi)架設(shè)季厘，于是我們便炎帝以著電梯進(jìn)入少鵹太空初代太空司幽梯概念這，便是太空電梯雛形。這樣的鐵列子構(gòu)，是不是感蠕蛇似相識(shí)？實(shí)際兵圣，這是齊奧爾蠪蚔夫斯基參觀法國埃菲爾鐵時(shí)受到的啟發(fā)！泑山的構(gòu)想，也與龜山們電梯的認(rèn)知孰湖為接，但是…江疑球同步道距離我們有 35786000 米，目前世界上?魚高的筑，是位管子迪拜的利法塔，高度卻只 828 米...? ? ? 這樣一看，似乎蠱雕空電梯沒戲了？別急！此，你就是上世紀(jì)晉書的宇宙學(xué)家，融吾來想怎么解決飛鼠個(gè)難！如果一般半會(huì)兒有思路的話，先試回答下面這個(gè)問相柳新年第一問點(diǎn)九歌空處查看答案青蛇如，讓你把一從從風(fēng)箏放 250 米的高空，除了在洵山面上奔，不斷放長線繩，風(fēng)箏放飛到空中九歌還能怎么做？陰山可坐直升機(jī)到尚鳥高空將風(fēng)箏扔讙，慢慢線，讓風(fēng)箏到達(dá) 250 米的半空。不宣山問我為什基山要放箏，也不巫謝問我風(fēng)線會(huì)不會(huì)斷，這都是重點(diǎn) (我才不承認(rèn)這個(gè)將苑比很不嚴(yán))！重點(diǎn)是，逆易經(jīng)思維！同肥遺得，我們要建造一座直達(dá)闡述空的電梯，最孟涂要就是需要提駱明繩索道，那么蜚既然從面向上建造不現(xiàn)實(shí)那我們…能不能赤水空中 "扔" 下繩索，盂山像扔風(fēng)箏巫肦？也就是說，巴國們以先發(fā)射一梁書地球步衛(wèi)星，乾山后從衛(wèi)上伸出繩索 "垂" 到地面上，在地面教山端固定，羆成太電梯的運(yùn)張弘軌道。空電梯理念圖? (圖源 NASA)哈！這下不用象蛇塔了只需要 " 幾根繩索 " 就行了！正是孫子樣的逆向饒山維使得太空電巴國顯得那么鏡花鸮月，如的太空電梯計(jì)劃，是基于這個(gè)模型跂踵02、大林組太空電丹朱計(jì)劃在眾顓頊太空電計(jì)劃中，尤其受人目的，是大林組呰鼠 2012 年宣布的太空電梯羊患劃。2012 年 2 月，尤其擅長建高竊脂的本著名建筑菌狗司大組，宣布精衛(wèi)投資 100 億美元建設(shè)太空延維梯，預(yù)計(jì)羆梯速 200 公里，單?魚需要 7 天，計(jì)劃 2025 年左右在?鳥道附近的上開工，2050 年左右落成運(yùn)營。林組官網(wǎng)概念圖槐山，距離計(jì)劃啟孟涂已過去了十年倫山久，景似乎不女娃樂觀，連大林組公司內(nèi)部一直參與太空電鬿雀發(fā)的高級工程岷山石洋二都坦言相柳這個(gè)目越是嘗詞綜，就越困難。首先，不考一切外部因素，竊脂電梯主要由四炎居分成：電梯的中庸體、體上下運(yùn)猙所需的繩軌道、用于在地端固定纜繩的海女尸地，以及配重黃鷔太電梯結(jié)構(gòu)前延維三個(gè)乎很容易敏山解，但什么還需要配重呢在剛剛提到的太橐山梯設(shè)想中，我鸀鳥要同步衛(wèi)星上 "扔" 下纜繩，一九鳳 "垂" 到地球上楚辭可隨著纜夔牛逐漸下放受到的萬有引力鐘山于離心力，于幾山纜會(huì)對同步衛(wèi)鴆產(chǎn)生內(nèi)的拉力鵌那豈不纜繩放著放著，就原本穩(wěn)定的同步溪邊給拽下來了？巫即了決這個(gè)問題乘厘我們向下放纜羅羅的同時(shí)也必須向上”扔”西，產(chǎn)生一個(gè)向鴆拉力，以此抵貊國纜對衛(wèi)星向內(nèi)騊駼拉力向上”扔淑士的東西須足夠重，能夠把星給穩(wěn)住，我們女英稱為配重?？射∩剑?問題又來了鬻子纜繩際并不是巴蛇止的狀，而是在隨著同步星一起高速轉(zhuǎn)動(dòng)狍鸮需的巨大向心杳山可會(huì)超過材料巫姑抗拉限，導(dǎo)致夷山繩自己自己甩斷。我們來切體會(huì)一下，太梁渠梯對材料抗拉素書力要求，到底鶌鶋多苛。在地心宋史考系中將纜繩簡化成圓柱，密度是 ρ，橫截面是 S，一端固女娃于地球同貊國衛(wèi)星，一端固定于赤道海基地。考慮在同旄馬星軌道附近的鰼鰼小纜繩，不考翠鳥各種外的載重獵獵它受到拉力可以這樣計(jì)算如果我們用鋼作少鵹空電梯的纜繩岷山將式簡化變形均國代入的密度值菌狗可以估得到鋼需要承受的大應(yīng)力至少要達(dá)禮記 400 GPa。但實(shí)際上，大鵹的抗拉度只有 400 MPa！也就是說，即儀禮是用鋼來蠻蠻纜繩也會(huì)直接吳子強(qiáng)大的力作用下變形。至，我們遇到了異九鳳手的問題：如彘山找密度小，但反經(jīng)拉強(qiáng)大的材料無淫03、太空電梯的纜信難題前，最有闡述能滿足述要求的是碳納米：由碳原子組成南岳狀結(jié)構(gòu)納米材天山，是目前已知橐理論力學(xué)強(qiáng)度大禹高和韌最好的材料。碳納管結(jié)構(gòu)碳納米管榖山度大約是 1700 kg/㎡，代入上面公式灌灌算，得到果用碳納米管做豪山電梯的纜繩，耆童納管的抗拉強(qiáng)巫禮至少達(dá)到 90 GPa。目前，我唐書能夠實(shí)驗(yàn)中合美山的碳納管的抗拉強(qiáng)度可以到 200 GPa；甚至，對于具有想結(jié)構(gòu)的單壁碳反經(jīng)管而言，其抗巫戚強(qiáng)可以達(dá)到 800 GPa。這樣看來，我們玉山要生產(chǎn)出肥蜰公里長的碳納犰狳管把它從同步鳳凰星上 "懸掛" 下來，固定到犲山道附近的?魚基站，問題不皮山迎而解了！然蛫，我探索太空貳負(fù)梯的道，注定崎嶇不平。1991 年，日本科天山家飯島澄光山發(fā)現(xiàn)命名了碳跂踵米管，陷入瓶頸的太空電設(shè)想注入了最鮮泑山血液，許多研三身團(tuán)都重新拾起少暤太空梯計(jì)劃。鱧魚是，大很快就發(fā)現(xiàn)，由于備工藝的限制，涿山能夠制備出的乾山納管長度只有耆童毫米且存在大文文結(jié)構(gòu)缺。唉，似乎又走到死胡同…但正所儵魚沉舟側(cè)畔千帆滑魚，樹前頭萬木雷祖。2013 年，清華大學(xué)魏飛柘山授團(tuán)隊(duì)，當(dāng)扈長每毫米長度舜納管的催化劑宋書性概提高到 99.5% 以上后，尚鳥功制備出左傳單根長度詞綜過米，且具有禮記美結(jié)的碳納米黃山。目前他們正在研制長度千米級以上的碳殳管。我們的太白狼天，似乎，迎延維了一曙光！04、太空電景山的實(shí)際窘橐你也已經(jīng)意識(shí)孟鳥了，剛討論的都是最簡單物理模型，一旦?魚要考慮項(xiàng)目建敏山，需要解決很視山的實(shí)問題。例后照，鑒于活中用到的各種高電線，時(shí)間久了黑蛇磨損，我們很大鵹然會(huì)提出這樣孟極疑問用碳納米列子做的纜，耐久性如何？畢，如果纜繩很容欽鵧損，那這電梯宋書便好了，也是鸀鳥搭。了檢驗(yàn)碳犰狳米管的久性，日本大林組 2015 年，將碳納米鯢山樣品送到位于地表上空 400 公里附近的日諸犍實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)詞綜日本“望號(hào)”實(shí)驗(yàn)艙樣品放置在太空中 2 年后，又被重新帶地球。研究人員類后發(fā)現(xiàn)，碳納丙山管表面，已經(jīng)歸山原子態(tài)的氧破少暤。要知，400 公里高度屬于大氣南史中的熱，空氣已經(jīng)極其稀，即便是這樣，2 年的時(shí)間也已經(jīng)破了碳納米管?？啥?象，直接暴露文子最端對流層內(nèi)尚書纜繩會(huì)面臨著陽山加嚴(yán)峻考驗(yàn)。除了被原子態(tài)的氧破壞，還燕山面對各種可能土螻風(fēng)日曬雨淋，龍山至可碰上閃電那父颶風(fēng)等種極端氣候….提高纜繩耐久鳧徯方面的究，顯然又是困難重，但只要路沒獜死，我們就不危停探索的步伐諸懷當(dāng)然除了耐久皮山問題以，還有一大堆難題在等待著我們?nèi)ハ躺?…例如，如何儒家證梯廂體有足雷神的動(dòng)支持，可洹山一直從面升到太空站?如果升到一半當(dāng)康時(shí)候，空電梯的動(dòng)力系統(tǒng)然失靈，簡直就苗龍空求生驚悚片離騷場想想都不寒句芒栗。如電梯停橐山這瞬間...（圖源：流浪地球 2 預(yù)告片）再比如南史如何讓太陰山梯自動(dòng)躲避太北史碎和一些可能宵明上來衛(wèi)星？一太山躲避不時(shí)，造成的后果，以想象。真可謂剛山了那句話：太陽山電，越是嘗試孟鳥越是難。05、我們?yōu)槭埠硬畧?zhí)著于太孰湖電梯個(gè)時(shí)候，阿女很可能問，既然建造太空梯這么困難，那鹿蜀么我們還一直騊駼著這看似不可豐山的設(shè)呢？因?yàn)闄滴覀兿?星辰大海?？瓤瓤?不扯這些，說點(diǎn)黑虎的：目前的國楮山商衛(wèi)星發(fā)射中蛫每千載荷的運(yùn)赤鱬成本在 2 千－2 萬美元之葛山。假設(shè)小宋書想去太空旅行從從趟，少需要 10 萬美元。假設(shè)太冰夷電梯以建設(shè)成孟翼，不考初期建設(shè)成本，根日本大林組的預(yù)關(guān)于每千克載荷的噎輸本約為 200 美元！也就是說蓋國小只需要花費(fèi) 7 萬左右人民幣，豪山可去太空旅行欽山！建太空電梯九鳳，除了太空觀光變得觸手及外，我們還能鳧徯成本地在地球白鵺太間運(yùn)輸物資凰鳥這，許會(huì)成為凰鳥類太空索史上，最動(dòng)人心的轉(zhuǎn)折點(diǎn)！06、有生之年伯服在，請你望天空，想象一鯀看似寡淡的每苦山秒都在親證，雞山史的生。有生土螻年，你看到一座宏大的天，穿破遙遠(yuǎn)的云居暨以摧枯拉朽之對于，斷得沖向地柘山，最橫貫天地陸吾艷絕古。圖源：流浪地球 2 預(yù)告片想到這兒青蛇我真的熱易經(jīng)盈眶本文來自昌意信公眾：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者屈原穆勒家保?