《漂泊地球2》里的“天梯”真的能建成吗？

大红樱桃

原标题：《漂泊地球2》里的“天梯”真的能建成吗？  
本文经受权转载自  
科普中国  
（ID：Science_China）  
作者｜范岗  
电影《漂泊地球2》片长达到了三个小时，其容量之巨不是白给的，光是第一个用来铺垫氛围的灾害，换做别处怕是就可以撑起全篇了。这个打头灾害里，晦气的是在各种科幻作品里都很容易晦气的“太空天梯”。  


图片来源：《漂泊地球2》电影预报截图  
所谓太空天梯，有时也浮夸地称为太空电梯， 是一种假想的进入太空的形式。普通的楼和梯子抗压强度不敷，堆不了几公里高就会塌，无奈像童话里的豌豆藤那样间接升上太空。然而，得多资料的抗拉才能远胜过抗压。如果人类在同步轨道上用十分抗拉的资料修一座梯子，悬垂到高空上，能够让这梯子与高空相对于运动，因而就能沿着这梯子爬上太空。   
在《漂泊地球2》里，人类在加蓬首都利伯维尔左近建筑了一座天梯——这很合乎物理规定。利伯维尔简直在赤道上，而规范天梯需求修在赤道上。这是由于 空间站处于赤道上方，在赤道上建造天梯，能够包管上下地位同步，而且可依托地球赤道的离心静止发生的减速度， 与地球重力放弃天梯的受力均衡。而假如选择在其余纬度建设天梯，那末还需求有额定的伎俩来包管天梯不会由于受力不均而被撕裂。片中一群候补航天员乘坐太空天梯返回空间站承受训练，被高达9 g（g为重力减速度，9 g能够简略了解为有8个和你同样重的人压在你身上）的减速度熬煎得要死要活之时，天梯却遭受了恐惧份子的袭击，更有三个恐惧份子潜在在了轿厢里。因而，两位配角就只能一边和轿厢里的恐惧份子拳脚相加打得死去活来，一边看着窗外无人机和战役机演出狗斗烟花秀。   
话说，明明轿厢里坐了好几十个航天员，他们都不是贪生怕死之辈，身材素质也足够好，为什么打三个没有武器的恐惧份子如斯费力呢？原来为了在高g前提下维护航天员， 每集体都被过山车同样的平安安装锁得死死的，大部份人基本出不来，只能在坐位上干努目，只要多数人机缘偶合得以解开平安安装，能够和恐惧份子打上一打。   
不外，假如把这段旅途交给合格的航天工程师，大略就不会这么费力了。 由于太空天梯其实基本就不需求这样的高g前提，也不需求这么繁琐紧密的平安安装——硬要搞成电影里这样，反而彻底失去了天梯的意义。   
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图片来源：《漂泊地球2》电影预报截图  
天梯的意义是啥呢？  
想象一下假如你要上五层楼。如果有楼梯，那很简略：一步迈一个台阶，下一步迈另外一个。每一个步都只需求很少的能量，长久地用反对力战胜重力，把人体推上个几十厘米。就算身材十分衰弱的人也不妨事，只有力气足够迈上一步台阶，就可以终究爬上五楼——大不了多花点时间嘛。  
然而假如没有楼梯，那可就难了。人脚一旦离地，就无奈再持续提供向上的力，所以必需在蹬地的零点几秒里，一口吻把足以登顶的能量整个释放出来， 斟酌到回升的过程当中还需求战胜空气阻力，所以，所需能量还要更多。超人能够一跳跳到五楼，普通人可拿不出那末大的功率。虽然都是从一楼到五楼，需求战胜的重力势能总量相反，但一个十分容易，一个难如登天。   
天梯的原理和楼梯固然不太同样，但实际成果是简直相反的。假如没有天梯，人类入地就需求火箭，而火箭的升空，需求经过不停释放气体发生推力，让火箭依托推力的副作用力升天，这搞欠好就炸了。相同，有了天梯，就能把这微小能量拆分红许多小份，对能源要求低，挥霍的水平也小。 实践上说，假如真的有一架连通太空的楼梯，你一个台阶一个台阶走下来，也是能够的。人类长程爬楼梯的世界记载是十二小时爬13145.65米高的楼梯。假如一集体能天天这么爬十二小时劳动十二小时，进入太空（海拔100公里处是大气层与太空的接壤处）也只需求一礼拜多点。（固然这要求楼梯间里有空气，每隔一段还得食品和水的贮备）   


图片来源：《漂泊地球2》电影预报截图  
另外值得专门提及的是，火箭之所以欠好搞， 一个首要缘故是火箭必需携带本人的燃料，而为了能带这些燃料上路又需求更多的燃料，如斯重复虽不至于无量（得多燃料路上烧掉了不必带全程）， 但也象征着送一吨物体入地往往需求10吨或更多的燃料。天梯没有这个问题——在地上造发机电而后全程给轿厢的机电通电就行了。   
所以说，真实的太空天梯能够像高铁同样慢吞吞入地的，这才是它的最大优点。咱们不知道片中宇航员的指标空间站间隔高空多远，不外看起来好像不算很远——爆炸产生后没多久就掉上去了。如果这空间站的高度和理想中国内空间站差未几， 也即在400公里摆布的高度，那末沿用高铁的速度， 只需一小时出头就可到达，彻底能够承受。用9 g那末大的减速度，纯属折腾人了——实际上，理想中的载人火箭发射时减速度也不外3-4 g罢了。   
更何况，哪怕目的就是要折腾这帮没有医保的候补宇航员，那好歹也该用个给高g设计的轿厢啊——电影里的轿厢，似乎也有点问题。  


图片来源：《漂泊地球2》电影预报截图  
第一个问题就是形状。作为一个需求接受9 g减速的物体，轿厢的上上面竟然是平的。这里就有问题了。   
火箭要长成火箭的模样，很大水平上就是为了增加空气阻力，进步能量效力。空气阻力和速度的平方成反比，所以只在高速的时分需求斟酌。 正常火箭必需到达每秒几公里到每秒十几公里的超高速，需求接受微小的空气阻力，做一个扁盒子火箭确定是划不来的。   
太空天梯的轿厢原本没有速度要求，慢吞吞下来也行，那种状况下，做个扁盒子没故障。然而，既要盒子又要高速就不行了。片中只展现了上行时轿厢底部撞击大气层发生的火光，下行却平安无事，这十分奇怪，毕竟视觉上看下行和上行的速度没有显著区分，应该一样有微小阻力、一样冒火才对。  
固然视觉判别是不许确的，也可能实际上轿厢速度很低——但这样就更奇怪了， 高g的用处就在于尽快到达高速，9 g的减速度下百千米减速只需0.3秒。用高g却不要高速，平空吃了一堆害处却毫无益处。这显然是没情理的。   
第二个问题更为重大，值得展开论述： 那就是宇航员的座椅朝向不合错误。  
当初，大家都知道宇航员入地要阅历减速度训练了，训练能够让人不那末容易晕眩呕吐或苏醒，但再怎么练也还有物理和生理极限拦在后面。 人的身材是在1 g的环境中演变出来的，人体一切零部件的机械强度都只顺应这个环境，而其中最软弱的环节恐怕莫过于血液。哪怕在1 g的环境下血压管制的失败每一年都夺走得多人的生命，高g环境下就更难了。   
当面临向上的减速度时，血会变得十分“重”，往站姿和坐姿的人脚底标的目的活动，这就会致使脑缺血。个别来讲普通人接受向上的5个g不克不及超过一两分钟，而后就会苏醒。 当代战役机航行员能够短期最大接受9 g摆布，但那除了长时间训练还需求特殊的增说服的帮忙，在腿部和腹部用许多气囊加压把血液顶回去，有时还需求胸部调压来辅佐呼吸。以片中人打斗时的流利姿态来看，不比是有增说服的模样（固然也多是20年后的增说服变得超初级了）。   


图片来源：《漂泊地球2》电影预报截图  
这还不是最糟的，更为可怕的是天梯降落时，行将接触高空做加速静止发生的负减速度，这会让血液会反过去涌向大脑。这样倒不至于脑血管当场爆裂而死—— 人体对脑血压的减少极其警觉，颈动脉窦一察觉血压异样就会赶快叫停，可是减速度不听它指挥，它能做的只要不停升高心跳速度和动脉压。 后果异样的血液无奈维持消息脉之间的含量氧差别，会先由于缺氧而苏醒。总之，人对天梯降落时的负减速度忍受力还要更低。   
航行员需求空中机动那是没有方法，但宇航员入地的旅程十分单纯，硬要他们死抗9 g减速非但毫无须要，并且万一出了甚么毛病连平安余量都没有，绝对不会失掉工程师的赞成。再说，要解决这个问题，方法其实简略到离谱：只有让人躺着入地就行了。  
躺/趴姿的状况下，人的大脑和心脏根本处于同一高度，血液变重带来的影响就大幅缩水。这不是说没有问题，人的呼吸零碎仍是会遭遇不小压力，血氧浓度升高，视力也会显著降落，四肢也无奈自在流动，但熬过一两分钟的十几个g仍是没啥问题的。假如有前提二选一的话， 那“躺着减速、趴着加速”更好，这类姿势下对视网膜血管压力最小。   
固然，一群人在轿厢里躺着，非但显得很傻，也十分占中央，普通的低g天梯轿厢选择过山车同样的座位设计是能够了解的。不外，普通轿厢就别硬逼着人上9g了吧。这么违规超负荷运转就算没有人蓄意破坏，本人也会崩溃的。   
审核｜周晓亮 北交大物理试验室初级工程师