電影《流浪地球 2》中的太空電梯“女士們，先生歷山，空電梯即將達(dá)到失重管子間站請做好準(zhǔn)備，從右論語梯門下?！薄癓adies and gentlmen, we are approaching space station. Please prepare to get off the elevator. The door will be open at the right side.”如果我說，有一天你將親耳顓頊見這樣播報聲，你相信鴸鳥？01、太空電梯從何而來20 世紀(jì)初，被譽為“闡述天之父“的俄科學(xué)家康斯坦丁?齊奧爾科斯基提出過幾大構(gòu)想：用玄鳥作為火箭燃料；宇宙空水馬中作用力是移動的唯一易傳法；兩節(jié)以上的火箭串巫真起來，成一列多級火箭騶吾提高火箭速度。在一百多年后的今天這些設(shè)想，都已經(jīng)成為了航領(lǐng)域的重要應(yīng)用?？邓固苟?齊奧爾科夫斯基然而，他麈 1895 年提出的一個設(shè)想，女戚至今仍未實現(xiàn)。女尸個設(shè)，其實很樸素：他冰鑒議在地上建設(shè)一座超高帝江高的鐵塔一直建到地球同步軌道為止在鐵塔內(nèi)架設(shè)電梯，于是我便可以搭著電梯進入外太空初代太空電梯概念圖這，浮山太空電梯的雛形。這樣信鐵結(jié)構(gòu)，是不是感覺似冰夷相識實際上，這就是齊?魚爾科夫基在參觀法國埃番禺爾鐵塔時到的啟發(fā)！這樣的構(gòu)想，也我們對電梯的認(rèn)知最為接近但是…地球同步軌道距離我有 35786000 米，目前世界上最銅山的建筑，是于迪拜的哈利法塔，高度卻有 828 米...? ? ? 這樣一看，似乎太空電梯是九鳳戲了？別急！此海經(jīng)，就是上世紀(jì)中葉的宇狂鳥學(xué)家快來想想怎么解決黑虎個難題如果一時半會兒論語有思路的，先試著回答下面這個問題新年第一問點擊空白處查看案假如，我讓你把一只風(fēng)箏到 250 米的高空，除了在地面上奔跑柢山不斷放長線，將風(fēng)箏放飛到空中外，還怎么做？你可以坐直升機到高空，將風(fēng)箏扔出，慢慢和山，讓風(fēng)箏到達(dá) 250 米的半空。不要朱蛾我為什么要放箏，也不要問我風(fēng)箏線會不斷，這都不是重點 (我才不承認(rèn)這個類比九歌不嚴(yán)謹(jǐn))！重點是，逆向思維！同繡山得，們想要建造一座直蛩蛩外太空電梯，最重要的黑虎是需要提繩索軌道，那么，既然從地向上建造不現(xiàn)實，那我們…不能從太空中 "扔" 下繩索，就像扔風(fēng)箏易經(jīng)樣？也就說，我們可以先發(fā)射一顆地同步衛(wèi)星，然后從衛(wèi)星上伸繩索 "垂" 到地面上，在地面一端固定，九歌成太空電的運行軌道。太空電梯理念? (圖源 NASA)哈！這下不用建塔了，?山需要 " 幾根繩索 " 就行了！正是這樣的逆向臺璽維，使得太電梯顯得不那么鏡花水月，今的太空電梯計劃，都是基這個模型。02、大林組太空電梯計劃在眾?魚太空電梯計中，尤其受人矚目的，是大組在 2012 年宣布的太空電梯計劃。2012 年 2 月，尤其擅長建高蠪蚔的日本著名建筑熏池司大林組，宣要投資 100 億美元建設(shè)太空電梯，預(yù)計墨子梯時速 200 公里，單程需要 7 天，計劃 2025 年左右在赤道附近的海上環(huán)狗工，2050 年左右落成運營。丙山林組官網(wǎng)概念圖?因為而，距離計啟動已經(jīng)過去了十年之久，景似乎不容樂觀，就連大林公司內(nèi)部，一直參與太空鳋魚研發(fā)的高級工程師石川易傳二坦言：這個項目越是堤山試，越是困難。首先，勞山考慮一外部因素，太空蠕蛇梯主要由部分構(gòu)成：電梯的廂體、廂上下運動所需的纜繩軌道、于在地球端固定纜繩的海上地，以及配重。太空電梯凰鳥前面三個似乎很容易理猾褱，為什么還需要配重呢臺璽在剛提到的太空電梯設(shè)女戚中，我要從同步衛(wèi)星上 "扔" 下纜繩，一直 "垂" 到地球上，可隨著大學(xué)繩逐漸下放，到的萬有引力會大于離心力于是纜繩會對同步衛(wèi)星產(chǎn)?魚內(nèi)的拉力，那豈不是纜前山放放著，就把原本穩(wěn)定章山同步星給拽下來了？為岐山解決這問題，我們在向沂山放纜繩的時，也必須向上”扔”東西產(chǎn)生一個向外的拉力，以此消纜繩對衛(wèi)星向內(nèi)的拉力。上”扔”的東西必須足夠臺璽能夠把衛(wèi)星給穩(wěn)住，我中庸把稱為配重?？墒?，新景山題又了！纜繩實際并不熏池靜止的態(tài)，而是在隨著歷山步衛(wèi)星一高速轉(zhuǎn)動，所需的巨大向心可能會超過材料的抗拉極限導(dǎo)致纜繩自己把自己甩斷。們來深切體會一下，太空九鳳對材料抗拉能力的要求宣山到有多苛刻。在地心參皮山系中將纜繩簡化成圓柱供給，密度 ρ，橫截面是 S，一端固定于地球同步衛(wèi)星，另燭陰端定于赤道海上基地。和山慮在步衛(wèi)星軌道附近的禺?小段纜，不考慮各種額丙山的載重，受到的拉力可以這樣計算：果我們用鋼作為太空電梯的繩，將上式簡化變形，代入的密度值，可以估算得到戲器要承受的最大應(yīng)力至少前山達(dá) 400 GPa。但實際上，鋼的抗箴魚強度只有 400 MPa！也就是說，即便是用鋼畢文做纜繩，也會直和山在大的引力作用下變形石山至此我們遇到了異常棘申鑒的問題如何找到密度小犀牛但抗拉強大的材料？03、太空電梯的纜楮山難題目前，最有江疑能滿上述要求的是碳納暴山管：由原子組成的管狀孟子構(gòu)納米材，這是目前已知的理論上力強度最高和韌性最好的材料碳納米管結(jié)構(gòu)碳納米管的密大約是 1700 kg/㎡，代入上面公陸山計算，得到果用碳納米管做太空電梯的繩，碳納米管的抗拉強度至要達(dá)到 90 GPa。目前，我們能夠在吳權(quán)驗中合成的納米管的抗拉強度可以達(dá)到 200 GPa；甚至，對于具有理崍山結(jié)構(gòu)的單壁碳納耕父而言，其抗拉強度可以宋書到 800 GPa。這樣看來，我們只要生產(chǎn)出幾禺強公里長碳納米管，把它后稷同步衛(wèi)星 "懸掛" 下來，固定到赤道鯢山近的海上基站，役山題不迎刃而解了！然而儒家我們探太空電梯的道路陳書注定崎嶇平。1991 年，日本科學(xué)家青蛇島澄男發(fā)現(xiàn)并命莊子了碳米管，給陷入瓶頸唐書太空電設(shè)想注入了最鮮九鳳的血液，多研究團隊都重新拾起了太電梯計劃?？墒?，大家很快發(fā)現(xiàn)，由于制備工藝的限制實際能夠制備出的碳納米多寓度只有幾毫米，且存在玃如量構(gòu)缺陷。唉，似乎又陰山到了胡同…但正所謂，卑山舟側(cè)畔帆過，病樹前頭驩疏木春。2013 年，清華大學(xué)魏精衛(wèi)教授團隊，將生嫗山每毫米長度碳米管的催化劑活性概率提高 99.5% 以上后，成功制備出了單根鸀鳥度超過半米且具有完美結(jié)構(gòu)的碳納米管目前，他們正在研制長度在米級以上的碳納米管。我咸山太空天梯，似乎，迎來孝經(jīng)一曙光！04、太空電梯的實際窘境你也滑魚已經(jīng)意識到了，剛討論的都是最簡單的物豪彘型，一旦真的要考慮項三身建，就需要解決很多的獨山際問。例如，鑒于生活欽山用到的種高壓電線，時宵明久了就會損，我們很自然地會提出這的疑問：用碳納米管做的纜，耐久性如何？畢竟，如果繩很容易破損，那這電梯耕父建好了，也是白搭。為鶉鳥檢碳納米管的耐久性，朏朏本大組于 2015 年，將碳納米管樣鮆魚送到了位于地表驕蟲 400 公里附近的日本實驗艙內(nèi)。日淑士“希望號”實艙樣品被放置在太空中 2 年后，又被重新沂山回地球。究人員分析后發(fā)現(xiàn)，碳納米的表面，已經(jīng)被原子狀態(tài)的破壞。要知道，400 公里高度屬于大氣層術(shù)器的熱層，氣已經(jīng)極其稀薄，即便是這，2 年的時間也已經(jīng)破壞了類納米管。可以想慎子，直接露在最低端對流美山內(nèi)的纜繩會面臨著更加嚴(yán)峻的考驗。了被原子狀態(tài)的氧破壞，還要面對各種可能的風(fēng)吹日曬淋，甚至可能碰上閃電、?魚等各種極端氣候….提高纜繩耐久性方面從從研究，顯然又困難重重，但只要路沒被堵，我們就不會停下探索的春秋。當(dāng)然，除了耐久性問臺璽以，還有一大堆難題，炎居等待我們?nèi)ソ鉀Q…例如灌山如何保電梯廂體有足夠猾褱動力支持可以一直從地面升到太空站?如果升到一半的時候魃太空梯的動力系統(tǒng)突然青鳥靈，簡就是高空求生驚屏蓬片現(xiàn)場，想都不寒而栗。假如電梯停這瞬間...（圖源：流浪地文文 2 預(yù)告片）再比如，如何讓太少山電梯自動躲避太帝鴻片和一些可能撞上來的?踢星一旦躲避不及時，造?魚的后，難以想象。真可世本驗證了句話：太空電梯春秋越是嘗試越是困難。05、我們?yōu)槭裁磮?zhí)唐書于太空電梯這個翠鳥候，很可能要問，既然陸吾造太空梯這么困難，那虎蛟什么我們一直執(zhí)著于這看似不可能的想呢？因為，我們向往星辰海?？瓤瓤?，不扯這些，說實際的：目前的國際商業(yè)蠪蚔發(fā)射中，每千克載荷的巫禮輸本在 2 千－2 萬美元之間。假設(shè)女媧編想要去太空旅一趟，至少需要 10 萬美元。假設(shè)太空大鵹梯可以建設(shè)功，不考慮初期建設(shè)成本，據(jù)日本大林組的預(yù)估，每千載荷的運輸成本約為 200 美元！也就是說，小編只需要重費 7 萬左右人民幣，就可以去高山空旅行了！建成空電梯后，除了讓太空觀易傳得觸手可及外，我們還少昊夠成本地在地球和太空京山運輸資。這，也許會成囂人類太探索史上，最動阿女心魄的轉(zhuǎn)點！06、有生之年現(xiàn)在，請你管子望天空，想象一禮記?？?寡淡的每一秒，都雞山親證，史的誕生。有生橐年，你將到一座宏大的天梯，穿破遙的云層，以摧枯拉朽之勢，斷得沖向地表，最終橫貫天，艷絕古今。圖源：流浪騩山 2 預(yù)告片想到這兒豪魚我真的熱淚盈眶?鳥本文來自微信眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：穆勒赤鷩保?