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太空電梯能變成現(xiàn)實(shí)嗎太空電梯原理圖解

時(shí)間：2023-02-01 09:21:26來源：whycl瀏覽：次分享：

很多朋友在觀看《流量地球2》時(shí)，都被太空電梯的場(chǎng)景給震撼住了。太空電梯的設(shè)定可以說非常具有想象力，這不禁讓我們提出一個(gè)設(shè)想，太空電梯在未來是否會(huì)成為現(xiàn)實(shí)呢?

太空電梯能變成現(xiàn)實(shí)嗎

《流浪地球》小說作者劉慈欣稱，太空電梯從理論上來說沒有任何懸念。但實(shí)現(xiàn)它最大的障礙是材料，因?yàn)樘针娞菀岩桓撍鲝牡孛嫔降厍蛲杰壍?萬公里的高度，目前我們強(qiáng)度最高的材料，大概是碳纖維，它做出的一根鎖鏈，最多只能升到200公里，還是差了很多。

專家稱，可能滿足上述要求的是碳納米管，由碳原子組成的管狀結(jié)構(gòu)納米材料，這是目前已知的理論上力學(xué)強(qiáng)度最高和韌性最好的材料。2013年，清華大學(xué)魏飛教授團(tuán)隊(duì)，將生長(zhǎng)每毫米長(zhǎng)度碳納米管的催化劑活性概率提高到99.5%以上后，成功制備出了單根長(zhǎng)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(zhǎng)度在千米級(jí)以上的碳納米管。如果成功，將是一項(xiàng)重大突破。

太空電梯原理圖解

不考慮一切外部因素，太空電梯主要由四部分構(gòu)成：電梯的廂體、廂體上下運(yùn)動(dòng)所需的纜繩軌道、用于在地球端固定纜繩的海上基地，以及配重。不過在影片中是卻存在一些不合理的設(shè)定的。

例如轎廂的形狀。影片中，太空電梯采用分段式推進(jìn)方式——起飛時(shí)完全依靠發(fā)動(dòng)機(jī)噴射提供反推動(dòng)力，像火箭發(fā)射一樣上升;到了一定高度，改為磁力牽引向上，這就和普通電梯差不多了;最后階段，實(shí)現(xiàn)電梯和空間站對(duì)接。而搭載人員和貨物的轎廂采用方形平臺(tái)狀的設(shè)計(jì)，據(jù)稱加速度達(dá)到了9個(gè)G，因此影片中電梯“發(fā)射”的特效畫面視覺上相當(dāng)壯觀。

航天科普界有一句戲言：只要發(fā)動(dòng)機(jī)給力，板磚也能飛上天。我們有理由懷疑《流浪地球2》的主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)是否為了致敬這句話，居然真的把太空電梯轎廂設(shè)計(jì)成了“大號(hào)板磚”?？紤]到9個(gè)G加速度的設(shè)定，轎廂在大氣層內(nèi)的上升速度將很快超過聲速，然而板磚狀而不是流線型的轎廂，在空氣動(dòng)力學(xué)上實(shí)在太不科學(xué)了。

還有在太空電梯被攻擊斷裂后，位于35786公里高度的方舟空間站很快墜落地球，并落到加蓬的地面站附近，這在物理學(xué)上是根本不可能的。

理論上，太空電梯整體結(jié)構(gòu)的重量極為驚人，不會(huì)墜落的原因是，超過地球靜止軌道高度的超長(zhǎng)設(shè)計(jì)，使得電梯受到的地球引力正好等于環(huán)繞地球產(chǎn)生的離心力，具體來說，在35786公里高度的靜止軌道以下，電梯受到的重力大于離心力，而靜止軌道高度以上，電梯受到的重力小于離心力，太空電梯總體受力平衡，就能穩(wěn)穩(wěn)地飄在空中。

20世紀(jì)末，科學(xué)家們深入探討了太空電梯的概念，集大成者是美國(guó)馬歇爾航天中心1999年舉辦的太空電梯研討會(huì)。2000年8月，馬歇爾航天中心正式發(fā)布《太空電梯：新千年的先進(jìn)地空基礎(chǔ)設(shè)施》報(bào)告，對(duì)太空電梯概念和研究進(jìn)行了全面總結(jié)。該報(bào)告提到，太空電梯是連接地球和太空的基礎(chǔ)設(shè)施;太空電梯質(zhì)心位于靜止軌道高度，從而做到和地球自轉(zhuǎn)相同的角速度，也就是和地球相對(duì)靜止;太空電梯將使用電磁推進(jìn)方式上行和下行轎廂，轎廂升降的能量主要由外部提供;根據(jù)速度設(shè)計(jì)的不同，低速系統(tǒng)以每小時(shí)數(shù)百公里的速度上行，數(shù)天后抵達(dá)靜止軌道空間站，而高速系統(tǒng)可以達(dá)到每小時(shí)2000公里甚至更高的速度，抵達(dá)靜止軌道的時(shí)間能壓縮到10小時(shí)或更短。如此，就真和國(guó)際航班的時(shí)間差不多了。

太空電梯雖然在工程實(shí)施上的難度達(dá)到登天級(jí)別，但仍有大量科學(xué)家、工程師堅(jiān)持不懈地投入研究，實(shí)在是因?yàn)樗哂袠O大的發(fā)展?jié)摿?，能像高速公路和鐵路一樣向太空大規(guī)模運(yùn)輸物資。而且真正能夠讓運(yùn)載成本實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的降低。