在上個世紀(jì)，人類做了一些相當(dāng)了不起的事情。萊特兄弟在1903年發(fā)明了第一架飛機之后，我們僅用了66年的時間就將一個人送上了月球。我們的工程和科學(xué)能力顯然令人驚嘆，但也許是時候讓我們來看看超越以往任何想象的挑戰(zhàn)了……也許現(xiàn)在是時候建造太空電梯了。

什么是太空電梯呢？

太空電梯的概念最早是由康斯坦丁·齊洛夫斯基（Konstantin Tsiolovsky）于1895年提出的，他是同一位紳士，他提出了著名的“火箭方程式”，將火箭送入太空（從根本上說，他對太空事業(yè)的貢獻是巨大的）。

齊奧洛夫斯基的太空電梯概念是受埃菲爾鐵塔啟發(fā)的，埃菲爾鐵塔大約在同一時間建造。

他想知道人類是否可以建造一座足夠高的塔，塔的頂端可以延伸到太空中很遠的地方，這樣我們就可以不用發(fā)射火箭到達那里，而只需跳上這座高得離譜的建筑上的電梯，越過重力的屏障到達恒星！

目前，世界上最高的建筑是迪拜的哈利法塔，高達829.8米（2722英尺）。它保持著人類創(chuàng)造的最高建筑的紀(jì)錄，超過了此前華沙無線電桅桿646.38米（2120.7英尺）的紀(jì)錄，后者在建造過程中實際倒塌?？尚械奶针娞荼仨氈辽俑哌_35,786公里（22,236英里），這是物體到達地球靜止軌道的高度。相比之下，如果哈利法塔只有一個咖啡杯的高度（8.25厘米），那么太空電梯的高度將是3.56公里—比哈利法塔實際高度的4.3倍還要高！

哈利法塔，圖片來源：mafengwo

對地靜止軌道是從地球表面到赤道的高度，物體完成一個軌道所花費的時間與地球的旋轉(zhuǎn)周期相同，即一天。從本質(zhì)上講，這意味著，如果您乘坐的航天器在地球靜止軌道上，就在地球某個點的正上方（比方說，印度尼西亞的坤甸就在赤道上），那么您永遠都不會相對于該點移動。因此，如果您向下看，這座城市將始終保持在您下方，如果您在軌道上，該城市將永遠不會相對于您移動。

太空電梯應(yīng)該由什么來制作呢？

記住，36000公里（達到地球靜止軌道）是我們需要達到的最低高度，太空電梯才能正常工作。然而，質(zhì)量中心必須在地球靜止軌道高度；再低一點，系統(tǒng)就會變得不穩(wěn)定。理想情況下，太空電梯的高度約為100000公里（62000英里）。想一想……我們說的覆蓋距離實際上是到月球距離的三分之一！在這段距離內(nèi)，我們將不得不開始建造太空中的大部分電梯，還有幾艘大型宇宙飛船和數(shù)千人在零重力下建造這座塔。

請記住，36,000公里（到達對地靜止軌道）是我們使太空電梯正常運行所需的最低高度。

但是，質(zhì)心必須在對地靜止軌道高度上；稍微低一點點，系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定。理想情況下，太空電梯的高度約為100,000公里（62,000英里）。想一想……我們正在討論的距離實際上是距月球距離的1/3！在這樣的距離下，我們將不得不開始在太空中建造大部分的電梯，這依靠著幾艘大型太空飛船和成千上萬的人在零重力下建造塔的努力。

另一種方法是將一個巨大的色帶線軸發(fā)射到對地靜止軌道上，然后將其向下放到地球上，而另一個線軸被向上釋放（遠離地球）以抵消力并停留在軌道上。最初的飛船將停留在對地靜止軌道上，并有長電纜沿兩個方向延伸。這個想法看起來像是科幻小說中的東西，它似乎也確實是這樣。這項工作所需的工程和材料技術(shù)比我們目前的能力要先進得多。

太空升降機需要極高的抗拉強度，才能抵消將這個巨大的100,000公里結(jié)構(gòu)拉下的重力以及將其拉動的配重的離心力和慣性（我們一會兒就會了解到）向上。它需要在極端高溫和低溫，來自大氣的不可預(yù)測的力以及來自外層空間的輻射中保持穩(wěn)定并發(fā)揮功能。最重要的是，它必須在不斷撞擊的微小隕石和太陽風(fēng)粒子中存活下來。是否確實存在滿足所有這些要求的物質(zhì)？我們認(rèn)為碳納米管可能是答案。

碳納米管

碳納米管是納米工程的圓柱形碳結(jié)構(gòu)；自然界中，我們無法找到它們，而且它們很難制造。它們是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最堅硬、最堅固的物質(zhì)，而且具有很高的抗拉強度，這正是我們需要的那種太空電梯材料。它們也具有導(dǎo)電性，因此我們無需鋪設(shè)額外的電線即可為攀登者或電梯供電。

然而，即使碳納米管電纜有著巨大的強度，碳納米管電纜也只能在破碎前支撐其自重約5000至7000 km，遠遠小于太空電梯所需的100,000 km。話雖這么說，技術(shù)的進步最終可能使我們達到可行的階段，以生產(chǎn)出正確的材料或操縱我們已經(jīng)擁有的材料。

配重

太空電梯的頂部也將需要配重。換句話說，電梯必須被固定在非常重的物體上，就像它被固定在地底一樣。你建造的電梯越高，這個配重就需要越輕，以抵消你增加到電纜本身的額外質(zhì)量。配重是確保地球靜止軌道高度以上的質(zhì)量與其以下的質(zhì)量大致相同所必需的；因此，向上拉動系統(tǒng)的離心力等于向下拉動系統(tǒng)的重力。

如果我們建造最小高度為35,786公里（22,236英里）的太空電梯，則配重將需要很大，像月球大小的三分之一那么大。一種方法是捕獲一顆小行星，并將其帶入環(huán)繞地球的軌道，這時我們可以建造通往它的電梯。如果大約在6500萬年前有偉大的人類工程師，那么消滅恐龍的小行星也許可以用來建造太空電梯……

如果您的電梯高度超過50,000公里，它的頂端會繞著地球快速移動，達到所謂的逃逸速度，即你將飛出繞地球軌道的速度。在那一點上，你可以簡單地跳出電梯到達月球，盡管你的軌道計算必須非常精確才能避免漂浮到太空之中。如果恒星（或行星）對齊，那么使用延伸到100,00 km的電梯，您將有足夠的速度來計劃前往木星。

如果這么難，為什么要建造一個太空電梯呢？

所有這些問題似乎收效甚微?？紤]到物理、科學(xué)和經(jīng)濟的限制，建造太空電梯幾乎是不可能的。再者，有必要嗎？我們已經(jīng)能夠把東西送上太空，國際空間站上也有人居住（盡管他們在大約450公里的近地軌道上，而不是100,000公里）。答案是成本。目前，將一磅（0.45公斤）的有效載荷送入環(huán)繞地球的軌道大約需要10,000美元；對于星際旅行，這筆費用會高得多。建造太空電梯后，發(fā)送相同有效載荷的成本將在90美元左右，成本降低99%。

建造太空電梯將是人類迄今為止最雄心勃勃的工程。這使得萊特兄弟的成就相比之下顯得微不足道，盡管意義不小。人類似乎總是通過自己的工程能力找到超越自己的方法。我們總是在尋找下一個要克服的障礙，下一個要克服的挑戰(zhàn)。也許建造太空電梯需要的技術(shù)和人力是我們今天根本無法想象的，但不要忘記，150年前，飛行對人類來說仍然是一個遙不可及的夢想。從這個角度看，真的不知道我們離建造100,000公里的太空電梯有多近！

BY: Upamanyu Acharya

FY: hyan

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處