今年的春節(jié)檔影院佳片不斷，而最吸引我們這些科幻迷的莫過于《流浪地球2》的上映了！電影開篇就展現(xiàn)了一場驚心動魄的太空電梯遇襲戰(zhàn)。 影片中“數(shù)字生命派”意圖利用太空電梯攜帶炸彈擊落方舟空間站，來阻止流浪地球計(jì)劃。片中超燃的場景，詳細(xì)描繪了未來太空電梯的模樣。

人類最早在19世紀(jì)初就開始用蒸汽機(jī)作為升降工具的動力了，1889年就開始有了電力驅(qū)動的升降機(jī)，也就是真正意義上的電梯。而太空電梯這個(gè)概念很快也應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)說俄國和蘇聯(lián)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基在1903年參觀埃菲爾鐵塔后產(chǎn)生靈感，第一次提出了太空電梯的概念。他的概念是建立一座超超高建筑……哦不是，是超超高的鐵塔，一直建到飛船可以輕松脫離地球引力的地方，電梯就一直運(yùn)行到這里（距地大約100公里）。當(dāng)然這只能是一個(gè)烏托邦似的理想。

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隨后的百多年時(shí)間，電梯的技術(shù)一直在進(jìn)步中。18世紀(jì)開始出現(xiàn)直流電驅(qū)動的電梯，20世紀(jì)初開始出現(xiàn)交流感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動的電梯。直到如今成熟的曳引技術(shù)，甚至雙子轎廂技術(shù)，給人類高層建筑的建設(shè)帶來了翻天覆地的變化，而人類對于太空電梯的設(shè)想也從未停止腳步。隨著人類科技的進(jìn)步，太空電梯的可操作性，也在一步步清晰起來。

顧名思義，太空電梯就是利用電梯的方式將人和物資運(yùn)送上太空，那么最重要的一點(diǎn)，是電梯的啟動端與結(jié)束端應(yīng)相對靜止，可以形成穩(wěn)定的電梯軌道。這就意味著，電梯太空端應(yīng)保證運(yùn)動的線速度與地球轉(zhuǎn)動的角速度完全一致，且能夠保證線速度產(chǎn)生的離心力可以和地球引力相抵消，也就是在距離地球赤道大約36,000公里的位置。如此長的電梯運(yùn)行距離，我們必須考慮導(dǎo)軌材料的重量及堅(jiān)韌度不會被自身壓垮，也不會被自身重量拉斷。曾經(jīng)有美國宇航科學(xué)家，史密斯曼提出在地球同步軌道放置空間站，由空間站甩出一條約3.6萬公里的索道連系地球赤道某處，同時(shí)在空間站外側(cè)甩出重力平衡物，以抗衡索道產(chǎn)生的重力。電影中設(shè)想的空間站位置大約是距離地面1萬公里處，而電梯軌道的總長度約9萬公里。這多出來的長度大約就是考慮了平衡軌道的重量。

既然太空電梯也被稱作是電梯，那我們可以與現(xiàn)實(shí)中的電梯作為類比，看看兩者的異同：

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1．??????? 舒適性

電梯的出現(xiàn)使高速直達(dá)高處成為可能?？萍疾粩嗟陌l(fā)展和電梯在現(xiàn)代建筑中的廣泛應(yīng)用，也令電梯在提高速度的同時(shí)兼顧使用者的舒適感。我們一般在梯速選擇中著重考慮加速度帶來的不適感和高度變化帶來的耳壓不適。由于電梯是為了最大可能運(yùn)輸更多的人，所以人們都是以站姿使用電梯，因此加速度直接作用于直立人體。當(dāng)人體在直立狀態(tài)下向上加速度（超重加速度），全身血液會快速下移，達(dá)到一定加速度就會造成腦供血不足，產(chǎn)生眩暈等癥狀；而向下加速度時(shí)（失重加速度），血液又會快速涌向頭部。雖然我們身體的機(jī)制可以幫助我們不會因此腦血管爆裂而亡，但人類可以承受的失重加速度極限值遠(yuǎn)小于超重加速度極限值。當(dāng)然，這也與承受加速度的體位有關(guān)，其實(shí)，承受極限加速度的最佳體位是平躺或俯臥，避免出現(xiàn)對大腦的過度沖擊。電梯是為普通大眾使用的，對不適感的控制非常嚴(yán)格，因此一般電梯加速度不會超過1/3G。但是這個(gè)加速度對于至少1萬公里運(yùn)行距離的太空電梯來說，還是太慢了。電影中太空電梯上升會使用9個(gè)G的加速度，這一加速度遠(yuǎn)超普通人的承受極限，只能是經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的宇航員方可使用。在這里，速度和時(shí)間可能成為電梯加速度選擇的唯一標(biāo)準(zhǔn)，舒適度就不再是考慮因素之一了。話說9G加速度的電梯即便宇航員乘坐也有極大可能暈過去，不是嗎？

高度的變化引起耳壓變化是很好理解的。就像我們乘坐飛機(jī)上升和下降階段也會產(chǎn)生耳部不適一樣，電梯的垂直升降也會帶來耳壓變化。如上海中心最高速的電梯，上升速度可達(dá)18米每秒，而下行最多10米每秒，也是為盡量減少下行的不適感，如今的電梯技術(shù)發(fā)展，已開始在轎廂設(shè)置氣壓調(diào)節(jié)裝置了。太空電梯的氣壓變化之劇烈是毋庸置疑的，這也是電影中需要乘客穿上可調(diào)氣壓的航天服，佩戴氧氣面罩的原因?；蛘撸ㄟ^電梯轎廂自身的穩(wěn)壓設(shè)施也能解決此問題。

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1．??????? 安全性

電梯作為當(dāng)代社會應(yīng)用最廣泛的承載工具，其安全性要求非常高，電梯為了保障其安全可靠，設(shè)置了非常完善的安全保護(hù)系統(tǒng)，主要由限速器，安全鉗，緩沖器，層站保護(hù)裝置等組成。在超速失控狀態(tài)時(shí)，可控制電力，切斷能源輸送，并用機(jī)械方式抱死軌道達(dá)到緊急制動。緩沖器則是基坑底部最后一道安全防線，它可以吸收落下的轎廂的沖擊能量，使電梯可以安全減速和停落。

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除此以外，電梯還會考慮每隔一段距離設(shè)置安全逃生出口，或者是不同的轎廂之間有相互救援的可能。這是為了電梯萬一在途中遇到故障停下來之后，電梯被困人員可以被救援。在影片中似乎并未描述太空電梯出現(xiàn)故障是如何搭救被困乘客的。很明顯太空電梯的救援將更加困難。因此現(xiàn)實(shí)的考慮是每個(gè)轎廂自身應(yīng)搭載動力系統(tǒng)及燃料系統(tǒng)。在轎廂超速或失控的情況下，轎廂可以通過機(jī)械鎖死功能，降速或固定在導(dǎo)索之上，但鎖死在導(dǎo)索之上并非最終的解決方案。最終仍需借助自身的動力系統(tǒng)回到地面，或者回到空間站進(jìn)行維修。

3.?? 動力系統(tǒng)

目前電梯均采用電力驅(qū)動。目前高層建筑中常用的高速電梯均為曳引式電梯。電梯的曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上。曳引電動機(jī)通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對重的升降運(yùn)動，達(dá)到運(yùn)輸目的。曳引式電梯由于受到曳引鋼絲繩的強(qiáng)度限制，目前最新研發(fā)可提升的最大高度大約在1000米。長距離電纜電力輸送損耗也會成為阻礙電梯提升高度的原因。

除了曳引技術(shù)，磁懸浮技術(shù)也在電梯設(shè)計(jì)中開始應(yīng)用，例如ThyssenKrupp 已完成了磁懸浮電梯的原型機(jī)，利用磁力軌道驅(qū)動電梯，電梯的運(yùn)行速度能達(dá)到 20m/s。但是這樣的電梯都是位于固定的井道內(nèi)，沿著固定的導(dǎo)軌上下運(yùn)行的。如果太空電梯的索道不是呈繃直狀態(tài)下，沿著柔性索道上下運(yùn)行的電梯將會顯得非常困難。不知未來是否存在整合了石墨烯的高導(dǎo)電性以及碳納米管的輕質(zhì)高強(qiáng)特性的材料，將會成為制作太空電梯導(dǎo)索的最佳材料選擇。

在這里我們就會發(fā)現(xiàn)，電影中太空電梯的驅(qū)動方式和我們普通電梯的驅(qū)動方式有著巨大的區(qū)別：太空電梯第一階段采取燃料驅(qū)動而非電力驅(qū)動，在第二階段才改為磁力提升。據(jù)個(gè)人分析，一個(gè)可能的理由是轎廂自帶燃料及動力系統(tǒng)可以極大減小對索道的附加力及擾動，避免對對重系統(tǒng)造成影響。也就是索道只輔助導(dǎo)向，不給轎廂提供支持。電梯下落時(shí)燃料動力同時(shí)可提供反向減速，屬于比較高效的方式。另一個(gè)可能就是如前所述，上萬公里的行程不能再指望他人救援，只能立足于自救，轎廂自身攜帶足夠的能源，是對安全行駛的最大保障。當(dāng)然如果繼續(xù)暢想，若未來真的有足夠輕質(zhì)高強(qiáng)且能無損耗電力傳導(dǎo)的材料做為中空管道，那么利用電能做磁懸浮轎廂也不會是不可能的選項(xiàng)。畢竟利用電磁力和中空管道，我們有可能在柔性結(jié)構(gòu)中無摩擦力的運(yùn)行，也能夠避免大氣橫切風(fēng)的干擾。也許這樣運(yùn)行的太空電梯不再需要9G 的加速度，我們普通人也能搭乘太空電梯進(jìn)行太空漫游。

總之，流浪地球2中對太空電梯的刻畫邏輯清晰，細(xì)節(jié)豐富，把只存在于想象中的場景真實(shí)地展現(xiàn)在我們眼前，令人不禁由衷贊嘆！人類科技的進(jìn)步終會有將幻想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的一天。