?揭秘太空电梯——联接地球与太空的奥秘桥梁

上岸的小鱼儿

在近日上映的国产科幻片《漂泊地球2》中，太空电梯这一首要修建物诱发了许多观众的猎奇。在互联网上，对太空电梯的迷信公道性探讨也层见叠出。
事实上，太空电梯其实不仅是单纯的迷信空想，也是一条实践上可行的将来技术标的目的。


一、太空电梯是甚么？
望文生义，太空电梯是一座微小的电梯，其底端位于地表，顶端则位于高度约36000Km同步轨道（也被称为地球运动轨道）。


详细来说，太空电梯有三个部份，第一部份是地表的基座，在《漂泊地球2》中，基座是一座位于加蓬的微小陆基设施。在理想的探讨中，许多人以为基于海上挪动基地的基座计划更拥有可行性，可挪动的站点能无效地规避各种地球天气问题和轨道碎片。基座必需位于赤道地域，不然无奈使零碎的重心处于需要的轨道。
第二部份是系缆，用某种机能弱小的资料作为缆绳，联接底部基座和顶部的配重构造。
第三部份是轨道站点，这一部份位于全部修建的最顶端，其作为配重来均衡太空电梯的本身重力，并使得太空电梯总体重心位于地球同步轨道，也即赤道上空35786千米处。
太空电梯是一个极为宏大的巨型零碎，而其能不乱存在的缘故恰是其精巧管制的零碎重心。当重心位于同步轨道时，太空电梯本身发生的向心力将刚好至关于零碎的整体重力，而向上的向心力和向下的重力像是“揪住”系缆的两端，把它“抻直”。
二、太空电梯是用来做甚么的？
简略地讲，太空电梯是一种极为便宜的太空运输零碎。
在目前，人类次要依赖的太空运输形式是化学燃料火箭，每次发射都要损耗数百吨的液体燃料来把数十吨物质送入太空。这一形式是目前最简略无效的计划，但也象征着极为低廉的本钱。虽然可回收火箭等新技术在不停升高太空发射的本钱，但在目前，向近地轨道运送物质的本钱仍然超过一千美元每千克。


利用太空电梯运输则便宜很多，因为太空电梯能够凭借系缆以慢很多的形式向太绝后进，而不需求像火箭同样有极高的推许比，同时，太空电梯的轿厢是能够彻底回收的。
在电影《漂泊地球2》中，太空电梯的轿厢使用了相似于火箭的推动形式，并在推动过程当中达到了9g的减速度。而在理想中，太空电梯的轿厢能够用更为“温和”的推动形式，例如单纯的使用轮子在轨道系缆上“攀登”。


温和的推动形式除了象征着更便宜的轨道运输本钱以外，也象征着更低的减速度，这象征着大部份普通人，甚至于一些无奈接受高减速度的迷信仪器均可以经过太空电梯进行运输。
另外，还有一个乏味的问题是轿厢该如何贮存能量，和大部份人想象的电梯不同的是，太空电梯的门路全长超过三万千米，仅凭轿厢自身携带的能量很难知足这趟漫长的旅程。目前曾经有许多对于太空电梯向轿厢传输能量的想象，除了像《漂泊地球2》同样把推动剂间接放进轿厢以外，还有许多不同的计划，例如使用激光传输能量给轿厢，或者在地面采取太阳能来获得能量。
太空电梯的概念最先由齐奥尔科夫斯基在1895年提出，跟着纳米技术的不停提高，这一设想正在不停走向理想。2019年，国内宇航迷信院（IAA）公布了名为《太空电梯时期之路》的钻研讲演，此讲演指出太空电梯似乎确实可行。
太空电梯的最大技术限度来自于其所需求的系缆构造，这些系缆需求承当零碎发生的极大张力，绝大部份的惯例资料都无奈在超过三万千米的尺度上表示出知足需要的机能。按照物理学家布拉德利·C·爱德华兹的设计，系缆资料的抗拉强度需求达到100GPa。
目前，太空电梯的系缆构造资料备选计划包罗碳纳米管和碳纳米线，这些资料虽然无理论上可行，然而其加工难度极高，出产出延续的、长达上万千米的碳纳米资料仍然是无奈做到的。国内宇航迷信院寄但愿于钻研一种专门用于太空电梯系缆的新纳米资料，并倡议在之后几年进行验证。
同时，建造一个足够均衡太空电梯重量的轨道配重也是极为难题的事件。除了在太空电梯的顶点建造一个巨型空间站外，间接捕捉一个小行星作为轨道配重也是可选的计划之一。不外，目前人类所掌握的技术还缺乏以捕捉如斯尺寸小行星并将其送入预约轨道。
总的来讲，太空电梯方案介于彻底的空想与真正的迷信之间，其所代表的是一种便宜的太空探究之梦，虽然目前看来似乎仍有间隔，但跟着技术的开展，咱们间隔这个梦想可能会愈来愈近。
作者简介：付文鹤，科幻任务者，中国科普作家协会会员，次要从事科幻、科普相干任务，长时间钻研国际外航天科技开展，曾获2018、2019科普中国军事科技前沿年度优秀作者名称
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