通向太空的巴別塔！看看如何實(shí)現(xiàn)！

在過去的一個(gè)世紀(jì)里，人類做了一些相當(dāng)令人驚嘆的事情。在懷特兄弟1903年發(fā)明第一架飛機(jī)后，我們只用了66年就把人送上了月球。我們的工程和科學(xué)能力顯然令人印象深刻，但也許是時(shí)候讓我們來看看一些挑戰(zhàn)，一些超出了任何人想象的……也許終于到了建造太空電梯的時(shí)候了。

什么是太空電梯？

太空電梯的概念最早是由康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（Konstantin Tsiolovsky）在1895年提出的，他提出了著名的“火箭方程”（Rocket Equation）幫助將火箭送入太空（他對太空事業(yè)的貢獻(xiàn)是巨大的）。齊奧爾科夫斯基的太空電梯概念受到埃菲爾鐵塔的啟發(fā)，后者幾乎是在同一時(shí)間建造的。他想知道人類是否可以建造一座足夠高的塔，使其尖端延伸到太空中，這樣我們就可以簡單地登上電梯，登上這座高得離譜的建筑，越過重力障礙到達(dá)星星，而不是發(fā)射火箭到達(dá)那里。

目前，世界上最高的建筑是迪拜的哈利法塔，高達(dá)829.8米（2722英尺）。它保持著人類有史以來最高建筑的紀(jì)錄，超過了華沙廣播桅桿646.38米（2120.7英尺）的先前紀(jì)錄，后者在建造過程中實(shí)際上倒塌了?？尚械奶针娞荼仨氈辽儆?5,786公里（22,236英里）高——物體到達(dá)地球靜止軌道的高度。相比之下，如果哈利法塔的高度相當(dāng)于咖啡杯的高度（8.25厘米），那么太空電梯的高度將是3.56公里，而這又是實(shí)際哈利法塔高度的4.3倍以上！

地球靜止軌道是指在赤道距離地球表面的高度，物體完成一個(gè)軌道所需的時(shí)間與地球的自轉(zhuǎn)周期相同，即一天。這本質(zhì)上意味著，如果你在地球上某個(gè)點(diǎn)正上方的宇宙飛船上（比方說印度尼西亞的龐蒂亞納克，它直接在赤道上），你就永遠(yuǎn)不會相對于那個(gè)點(diǎn)移動。因此，如果你向下看，這座城市將永遠(yuǎn)保持在你的正下方，如果你留在軌道上，城市將永遠(yuǎn)不會相對于你移動。

太空電梯會由什么材料制作而成？

請記住，36000公里（到達(dá)地球靜止軌道）是我們需要達(dá)到的最低高度，太空電梯才能正常工作。然而，質(zhì)心需要在地球靜止軌道的高度；任何低于這個(gè)高度，系統(tǒng)都會變得不穩(wěn)定。理想情況下，太空電梯大約有10萬公里（62000英里）高。想一想，我們談?wù)摰母采w距離幾乎是到月球距離的三分之一！在這樣的距離下，我們將不得不開始在太空中建造大部分電梯，還需要幾艘大型宇宙飛船和數(shù)千名在零重力下建造這座塔的人。

另一種方法是將一個(gè)巨大的帶狀卷軸發(fā)射到地球靜止軌道上，然后向地球下落，同時(shí)將另一個(gè)卷軸向上釋放，以抵消引力并留在軌道上。最初的飛船將停留在地球靜止軌道上，并有向兩個(gè)方向延伸的長電纜。這個(gè)想法看起來就像是直接從科幻小說中走出來的；這種想法所需的工程和材料技術(shù)比我們目前所能做到的要先進(jìn)得多。

太空電梯需要極高的抗拉強(qiáng)度才能抵消將這座10萬公里的巨型建筑往下拉的重力，以及將其向上拉起的配重的離心力和慣性（稍后我們將介紹這一點(diǎn)）。它需要在極端炎熱和寒冷、來自大氣的不可預(yù)測的力量和來自外層空間的輻射中保持穩(wěn)定和功能。最重要的是，它必須在微型隕石和太陽風(fēng)不斷撞擊它的粒子中幸存下來。一種可以在所有這些要求上打勾的物質(zhì)真的存在嗎？我們認(rèn)為碳納米管可能是答案。

碳納米管是納米級別的圓柱形碳結(jié)構(gòu)；我們無法在自然中找到它們，它們也很難制造出來。它們是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)硬和最堅(jiān)固的物質(zhì)，它們表現(xiàn)出非常高的抗拉強(qiáng)度，使它們恰恰成為我們太空電梯所需的那種材料。它們也是導(dǎo)電的，所以我們不需要額外鋪設(shè)電線來為登山者或電梯供電。

然而，即使擁有巨大的強(qiáng)度，碳納米管電纜在破碎之前也只能支撐大約5000到7000公里的自身重量——遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于太空電梯所需的10萬公里。也就是說，技術(shù)的進(jìn)步才能讓我們達(dá)到生產(chǎn)合適的材料或操縱現(xiàn)有材料的階段。

太空升降機(jī)還需要在頂部加一個(gè)配重。換句話說，電梯必須附著在非常重的東西上，就像它附著在底部的地面上一樣。你建造的電梯越高，這個(gè)配重就需要越輕，這樣才能抵消你給電纜本身增加的額外質(zhì)量。為了確保地球靜止軌道高度以上和高度以下的質(zhì)量大致相同，平衡力是必要的；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。

如果我們建造一個(gè)最小高度為35,786公里的太空電梯，平衡重量將會十分巨大……相當(dāng)于月球大小的三分之一。要做到這一點(diǎn)，一種方法是捕獲一顆小行星，并將其帶入圍繞行星的軌道，這樣我們就可以建造通往它的電梯。如果人類偉大的工程師在6500萬年前，也許消滅恐龍的小行星可能已經(jīng)被用來建造太空電梯……

如果你的電梯超過5萬公里高，電梯的頂端將會以極快的速度在地球上運(yùn)行，以至于它會達(dá)到所謂的逃逸速度——超過這個(gè)速度，你就會飛離地球的軌道。在這一點(diǎn)上，你可以簡單地跳出電梯到達(dá)月球，盡管你的軌道計(jì)算必須令人印象深刻地精確，才能避免漂浮在虛無中。電梯延伸到100，00公里，如果恒星（或行星）對齊，你就有足夠的速度計(jì)劃一次木星之旅。

如果真的這么難，為什么要建造太空電梯呢？

所有這些問題似乎都收效甚微?？紤]到物質(zhì)、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的限制，建造太空電梯似乎幾乎是不可能的。再者，是否有此需要呢？我們已經(jīng)能夠把東西送上太空，國際空間站上也有人居?。ūM管他們在近地軌道上大約450公里，而不是10萬公里）。答案是成本。目前，將一磅（0.45千克）的有效載荷送入繞地球軌道的成本約為1萬美元；星際旅行的成本要高得多。建造太空電梯后，發(fā)送相同有效載荷的成本約為90美元，降低了99%的成本。

建造太空電梯將是人類迄今為止最雄心勃勃的計(jì)劃。這使得懷特兄弟的成就與之相比顯得微不足道，盡管其意義并不遜色。人類似乎總能找到一種方法，通過其工程能力超越自己。我們一直在尋找要克服的下一個(gè)障礙，要克服的下一個(gè)挑戰(zhàn)。也許建造太空電梯需要的技術(shù)和人力是我們今天做夢也想不到的，但不要忘記，150年前，飛行對人類來說還是一個(gè)遙不可及的夢想。從這個(gè)角度來看，真的很難說我們離建造10萬公里的太空電梯有多近！

BY: sciabc

FY: 羅導(dǎo)

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