建造太空电梯?用科学的角度说说是否可行

如题所述

第1个回答  2022-08-31

有可能建部太空电梯吗?

60 层? 70 层? 100 层?

要是有部电梯能上 1200万层

作何感想?

特快电梯仍需要很长的运行时间。

但是,要想造部太空梯从地面穿出大气层直抵太空,就得那么高。

但也真够难的

等同于绕地球建座悬桥。

头个难题是 :

不能从地面起向上建电梯井,因为没有建筑材料支撑得起那份重量。它的基座要有山那么大,即使那样,没到半途恐怕也会被自身的重量压垮。

科学家的脑洞可不局限于此:

电梯可以从地面开工,从卫星轨道处开始攒起,逐级向下穿越大气层。物理学家喜欢这办法,因为建造的过程中,塔身经受拉力而非压力,将有助于避免垮塌。

1945年,科幻作家阿瑟·克拉克(Arthur Clarke)提出:要是将卫星发射到赤道上方恰当的高度(即36000公里),卫星的绕地转速恰好等于地球自转,从地面望去,卫星仿佛悬浮不动。

创意格外精彩,可惜克拉克并没再进一步。倒是苏联科学家尤里·阿特苏塔诺夫(Yuri Artsutanov)追问了下去:既然卫星可以永久悬停在地球上方某处,何不将它与地面相连?又何不用电梯井相连,岂非以电梯替代了火箭?(最新版的太空梯已摒弃了电梯井,采用纯索道,拽着类似贡多拉船[gondola]样的东西上下跑。)

还有个关键的细节问题横在眼前:电梯索道自上而下装配,越靠近地面则重力越大,势必会将卫星拽下轨道。为了避免脱轨,要以同样质量的绳缆从卫星向上探入太空,产生向上的力以抵消电梯的拉力。

这个双叉式设计尽管化解了相当程度的风险,可也有其自身的问题。比如,当电梯端抵达地面时,反方向的平衡端(假设采用同样粗细的缆索)必须向太空延伸10万公里,那么整个结构,包括向上、向下的两段索道,其长度已是地月距离的1/3。所以有人建议(也许只是个玩笑):拖个小行星过来,拴在电梯正上方,提供必要的平衡力,这样整个结构便紧凑多了。

建造太空电梯的讨论始于20世纪70年代,当时还找不到足够结实的材料用于如此庞大的项目。最好的选择莫过于特种碳化物,比如结晶状或石墨状之类,但强度依然不够。所幸,材料科学此后进展神速,纳米技术彻底改变了整个领域的面貌。

目前最为可行的是一种异型碳合物,被命名为富勒烯(buckminster fullerene),以向发明家巴克敏斯特·富勒(Buckminster Fuller)致敬。富勒原始的设计为网格球形穹顶,被化学家借鉴,进而出现了试管状设计,取名巴克管(Buckytubes)。巴克管非同一般,它耐拉抗拽,正符合太空电梯的需要。用巴克管材料做绳索,不到3厘米粗细,比同样粗细的钢索耐拉百倍,重量却只及钢索的1/6。不过,这种“巴克绳”还未实际制造,同其他一些实验性材料一样,离真正应用还差得挺远。

太空电梯还可能面临其他风险,比如万一缆绳半道断了或被飞机撞了咋办?要是与一帮讨厌的人一起被困在15000公里的高空,怎么办?然而,尽管困难重重,人们建造太空电梯的念头始终没断。

2017年,国际太空电梯联盟主席彼得·斯旺(Peter Swan)在一份报告中历数建造太空电梯的理由,他辩称,使用太空电梯进入太空,便宜、安全,更环保,为太空 探索 与商业开发大开机会之门。

斯旺还提出了自己的太空电梯构想:若干小型电动轮车凭借摩擦力紧附在1米宽的丝带上,并沿其攀缘。他承认,要找到适合的碳纳米材料或类似材料建造丝带,至少还得等10年。但他信心十足,并诗意满满地形容道:与火箭腾空的雷鸣相比,太空电梯的动静宛若花瓣飘落池塘。

太空电梯或许仅是想象力的操练,或许会结出意料不到的硕果。但所有的构想及 探索 都表明了人类对太空的痴迷。希望有一天,在36000公里的高空,我们可以将脸紧贴在玻璃窗上,凝视地球。