通向太空的巴别塔！看看如何实现！
在过去的一个世纪里，人类做了一些相当令人惊叹的事情。在怀特兄弟1903年发明第一架飞机后，我们只用了66年就把人送上了月球。我们的工程和科学能力显然令人印象深刻，但也许是时候让我们来看看一些挑战，一些超出了任何人想象的……也许终于到了建造太空电梯的时候了。
什么是太空电梯？
太空电梯的概念最早是由康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolovsky）在1895年提出的，他提出了著名的“火箭方程”（Rocket Equation）帮助将火箭送入太空（他对太空事业的贡献是巨大的）。齐奥尔科夫斯基的太空电梯概念受到埃菲尔铁塔的启发，后者几乎是在同一时间建造的。他想知道人类是否可以建造一座足够高的塔，使其尖端延伸到太空中，这样我们就可以简单地登上电梯，登上这座高得离谱的建筑，越过重力障碍到达星星，而不是发射火箭到达那里。
目前，世界上最高的建筑是迪拜的哈利法塔，高达829.8米（2722英尺）。它保持着人类有史以来最高建筑的纪录，超过了华沙广播桅杆646.38米（2120.7英尺）的先前纪录，后者在建造过程中实际上倒塌了。可行的太空电梯必须至少有35,786公里（22,236英里）高——物体到达地球静止轨道的高度。相比之下，如果哈利法塔的高度相当于咖啡杯的高度（8.25厘米），那么太空电梯的高度将是3.56公里，而这又是实际哈利法塔高度的4.3倍以上！
地球静止轨道是指在赤道距离地球表面的高度，物体完成一个轨道所需的时间与地球的自转周期相同，即一天。这本质上意味着，如果你在地球上某个点正上方的宇宙飞船上（比方说印度尼西亚的庞蒂亚纳克，它直接在赤道上），你就永远不会相对于那个点移动。因此，如果你向下看，这座城市将永远保持在你的正下方，如果你留在轨道上，城市将永远不会相对于你移动。
太空电梯会由什么材料制作而成？
请记住，36000公里（到达地球静止轨道）是我们需要达到的最低高度，太空电梯才能正常工作。然而，质心需要在地球静止轨道的高度；任何低于这个高度，系统都会变得不稳定。理想情况下，太空电梯大约有10万公里（62000英里）高。想一想，我们谈论的覆盖距离几乎是到月球距离的三分之一！在这样的距离下，我们将不得不开始在太空中建造大部分电梯，还需要几艘大型宇宙飞船和数千名在零重力下建造这座塔的人。
另一种方法是将一个巨大的带状卷轴发射到地球静止轨道上，然后向地球下落，同时将另一个卷轴向上释放，以抵消引力并留在轨道上。最初的飞船将停留在地球静止轨道上，并有向两个方向延伸的长电缆。这个想法看起来就像是直接从科幻小说中走出来的；这种想法所需的工程和材料技术比我们目前所能做到的要先进得多。
太空电梯需要极高的抗拉强度才能抵消将这座10万公里的巨型建筑往下拉的重力，以及将其向上拉起的配重的离心力和惯性（稍后我们将介绍这一点）。它需要在极端炎热和寒冷、来自大气的不可预测的力量和来自外层空间的辐射中保持稳定和功能。最重要的是，它必须在微型陨石和太阳风不断撞击它的粒子中幸存下来。一种可以在所有这些要求上打勾的物质真的存在吗？我们认为碳纳米管可能是答案。
碳纳米管是纳米级别的圆柱形碳结构；我们无法在自然中找到它们，它们也很难制造出来。它们是迄今为止发现的最坚硬和最坚固的物质，它们表现出非常高的抗拉强度，使它们恰恰成为我们太空电梯所需的那种材料。它们也是导电的，所以我们不需要额外铺设电线来为登山者或电梯供电。
然而，即使拥有巨大的强度，碳纳米管电缆在破碎之前也只能支撑大约5000到7000公里的自身重量——远远低于太空电梯所需的10万公里。也就是说，技术的进步才能让我们达到生产合适的材料或操纵现有材料的阶段。
太空升降机还需要在顶部加一个配重。换句话说，电梯必须附着在非常重的东西上，就像它附着在底部的地面上一样。你建造的电梯越高，这个配重就需要越轻，这样才能抵消你给电缆本身增加的额外质量。为了确保地球静止轨道高度以上和高度以下的质量大致相同，平衡力是必要的；因此，向上拉动系统的离心力等于向下拉动系统的重力。
如果我们建造一个最小高度为35,786公里的太空电梯，平衡重量将会十分巨大……相当于月球大小的三分之一。要做到这一点，一种方法是捕获一颗小行星，并将其带入围绕行星的轨道，这样我们就可以建造通往它的电梯。如果人类伟大的工程师在6500万年前，也许消灭恐龙的小行星可能已经被用来建造太空电梯……
如果你的电梯超过5万公里高，电梯的顶端将会以极快的速度在地球上运行，以至于它会达到所谓的逃逸速度——超过这个速度，你就会飞离地球的轨道。在这一点上，你可以简单地跳出电梯到达月球，尽管你的轨道计算必须令人印象深刻地精确，才能避免漂浮在虚无中。电梯延伸到100，00公里，如果恒星（或行星）对齐，你就有足够的速度计划一次木星之旅。
如果真的这么难，为什么要建造太空电梯呢？
所有这些问题似乎都收效甚微。考虑到物质、科学和经济的限制，建造太空电梯似乎几乎是不可能的。再者，是否有此需要呢？我们已经能够把东西送上太空，国际空间站上也有人居住（尽管他们在近地轨道上大约450公里，而不是10万公里）。答案是成本。目前，将一磅（0.45千克）的有效载荷送入绕地球轨道的成本约为1万美元；星际旅行的成本要高得多。建造太空电梯后，发送相同有效载荷的成本约为90美元，降低了99%的成本。
建造太空电梯将是人类迄今为止最雄心勃勃的计划。这使得怀特兄弟的成就与之相比显得微不足道，尽管其意义并不逊色。人类似乎总能找到一种方法，通过其工程能力超越自己。我们一直在寻找要克服的下一个障碍，要克服的下一个挑战。也许建造太空电梯需要的技术和人力是我们今天做梦也想不到的，但不要忘记，150年前，飞行对人类来说还是一个遥不可及的梦想。从这个角度来看，真的很难说我们离建造10万公里的太空电梯有多近！
BY: sciabc
FY: 罗导
如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除
转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处
还没有评论，来说两句吧...