力高升降机怎么样

序言

目前，无论人类将要奔向太空的哪个地方，都少不了运载火箭的帮助，但是这需要花费庞大的资金。

随着科学技术的不断进步，在未来的太空运输交通系统中，运载火箭或将被一种更节能更安全的技术代替，它就是太空电梯。

太空电梯想法提出

太空电梯的想法可以追溯到1895年。

当时俄国科学家齐奥尔科夫斯基，受到刚建成的法国埃菲尔铁塔的启发。这里顺便说下，埃菲尔铁塔是在1889年竣工，高度为324米。

他就开始思考，如果把铁塔建到4万公里的宇宙，那么普通人能像乘坐电梯一样，借助一根连接天地的绳缆，自由且低成本往返太空。

现在更加准确的说是距离地面35786公里。

这个高度是什么概念呢？

要知道目前人类最高的建筑，迪拜的哈利法塔高度才828米。

35786公里相当于是四万座哈利法塔叠在一起。

太空电梯结构

这么多年过去了，工程师们经过论证发现，以现有技术为基础，太空电梯的梦想是能够实现的。

NASA提出的一个可行的太空电梯主要分为四个部分：

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地球基站、缆绳、升降机和平衡锤。

也就是说，在地面有一个可以保证电梯相对稳固的“锚”，使其不能随便移动；然后要有一根足够长、足够结实的缆绳运送升降机到平衡锤。这个平衡锤可以由空间站来充当。

有人说，地球不是有自转吗？就不怕几万公里长的电梯被甩出去？

这个原理很好解释。

就像一个人在空中不停地甩绳子，绳子的一头绑着石头。在旋转的过程中，绳子会被拉紧，而石头相当于是围绕着这个人的手做一个相对静止的运动。

所以，被甩出去是不可能的。而且在这个过程中，升降机的爬升也不受影响。

太空电梯难点

但是建造太空电梯目前有3个难点：选址问题，材料问题和动力问题。

首先我们来看看选址问题，赤道是被公认的太空电梯最佳位置。

至于原因我来简单说下：

我们知道在地面抛出一个小球，它最终会掉回到地球上，原因是因为地球有万有引力。同时地球其实还在自转，自转的过程中，物体也有往外飞的趋势，我们管它叫惯性离心力。

如果这个电梯万有引力和惯性离心力相等，它就可以立在空中了。而这个地方是在赤道上空附近，因为在那里两个力才是完全反向的。

并且同时在地心引力和向心加速度作用下，缆绳才可以保持绷紧状态以此保障电梯升降。

但同时在选址方面又提出了一个要求：这个位置的地质构造一定要特别稳定。

不然老是发生地震，那样的话就会把地基给震塌陷了。因此，在很多构想中，把基站建在大洋中成为了首选方案。

而如何在上千米的深水之中建筑一个巨大而稳固的基站，是科学家们要好好思考的问题。

而相比基站建设，电梯的缆绳则困难得多。

我们知道地球是无时无刻都在运转着，要制造一条长达数万公里的缆绳，并且还要保持线缆不被扯断。

线缆必须要有足够的强度和韧度，同时还要不容易老化，并且还要考虑自然气候对缆绳的损害，重力、太空垃圾对结构影响等等问题。

一直以来人类都没有找到合适的材料。直到1991年碳纳米管的问世，让人类看到了希望。

碳纳米管非常细小，但强度可与金刚石媲美，而且柔韧性很好，可制成纤维。理论上说，宽1米、像纸一样薄的纳米管缆带就可以支撑13吨的重量。

《三体》中的天梯导轨就是用别名“飞刃”的纳米材料制成的。

但这种理想材料却面临着制备难题，目前人类只能制造出毫米级碳纳米管。

在这一领域，我国的研究进展还是可圈可点的，早在2013年清华大学团队就在创新制备工艺生产出了长达半米的碳纳米管，但也仅仅是半米而已，想要弄成几万公里，还要很长的路要走。

在解决了缆绳的材质问题之后，还需要面对动力的问题。

根据构想，太空电梯就是节省了火箭发射的环节，使得运送成本进一步下降。但是电梯的升降也是需要动力的。毕竟离地面越高，所需要的上升动力越大。

而这个能量来自哪里呢？

没错，就是太阳！

那么如何依靠太阳来获取源源不断的能量呢？

这就是要说到著名的戴森球设想，简单来说它就是收集太阳的能量并且定向传输的面板组成的一个人造天体。

如果基站、缆绳材质、动力这“三大件”能够得到解决，太空天梯的制造也就基本上扫清了大部分障碍。

太空电梯用处

也许有同学会问了，我们花这么大力气建太空电梯，到底有什么用呢？

肯定是有用的。

首先对普通人而言，太空电梯的最大意义就是让自己也有了上天观景的机会。

未来可能只需要几百美元你就可以穿过云层，翱翔天际。如果世界航天梦想第一人，明朝的万户还在的话，看到此情此景，一定会激动的热泪盈眶。

其次可以进行运送货物。

现在要往空间站送个货还要搭火箭，当然了，SpaceX 的龙飞船也可以进行送货，但是每次的量不是很多。如果能有太空电梯的话，空间站所需要的物资几乎可以实现随需随送，成本又很低。

但在这里，我们需要思考一个问题：太空电梯的运输成本真的很便宜？

科学家们谈到太空电梯的时候，一直强调它能大幅度降低太空运送成本。但是这么多年过去了，目前太空电梯可以说基本上没啥进展，难道仅仅是技术不过关吗？

我觉得不全是。

首先要赢得与传统运火箭运输方式的成本赛跑。

按照日本最新的太空电梯打造计划的预期，其将在2050年完成建设任务并实现载人送货。而届时，每千克的货物运输成本为500美元左右。

但我们必须面对的一个现实情况是：

按照目前Space X火箭每次发射2亿美元，可搭载22吨货物计算，其每千克差不多是1万美元。不要忘了，Space X已经掌握了火箭的回收技术，在重复利用下，如果给Space X 30年，谁敢确定其运输成本不会下降得更多？

因此，在传统火箭运输成本也在下降的情况下，如何赢得这场赛跑，将成为太空电梯建设的一个硬性要求。

其次，成本不能只计算运输，还要考虑到建造。

仅仅着眼于降低运输成本是没有意义的，还要考虑到太空电梯的建造成本。它的成本包括使用到的材料、动力、基站建设、日常维护等等，可以说将会是一笔不菲的支出。

据测算，仅仅是建造的成本就达300亿美元，而实际投入使用则远远不止这个数。如果按照一千克500美元，大约要运送6万吨的货物才能收回建造成本，而在这个过程中单次运输的成本还没有计算在内。

这样的话，巨额投入的成本回收将是不可回避的。

当然，目前太空电梯还是一个伟大的构想，我们期待科学家们能够克服各种困难，将其变为现实。

也许在一切条件都成熟的情况下，《三体》中所描绘的围绕地球的网状般的壮丽景象，将会成为宇宙当中又一人造的美丽场景。

在将来的某一天，太空电梯建成后，太空旅行会像乘电梯一样容易，这将会开创人类探索太空的新纪元。

最后以齐奥尔科夫斯基的经典名言作为结尾：力高升降机怎么样

地球是人类的摇篮，但是人类不能一直生活在摇篮里

#科技#