电影《流浪地球2》中,观众受到的第一个视觉冲击就是太空电梯,恢宏的建筑让人叹为观止,而9万公里的高度更让人感觉不可思议。太空电梯为何要建的这么高呢?
从影片中可以发现,太空电梯底部位于加蓬国境内,顶部则位于9万公里高的宇宙深空中。而加蓬正好位于赤道上,可以说太空电梯就是一个超大号的“地球同步轨道卫星”。当然,也只能和地球保持同步,毕竟要考虑线缆的连接。
上文也讲过地球同步轨道高3.6万公里,现在太空电梯建在9万公里的高度,还怎么保持同步呢?主要是因为,太空电梯不同于卫星。
虽然两者和地球保持同步的原理是一样的,就是受到的引力和产生的离心力达到平衡点,然后相对静止于地球上方某个位置。但电梯和卫星与地球的连接方式可是大相径庭。卫星在太空中,纯粹是靠引力与地球相连,而太空电梯除了引力之外,还有线缆。
线缆长9万公里,你可以想想这重量到底有多么可怕,就算未来人类科技发展,材料重量下降,但挡不住这线缆太长,量变引起质变的道理想必大家都应该明白。
当然,线缆上产生的,也不全都是把天体拉向地球的重力。3.6万千米以下,因为没超过同步轨道,这部分线缆会产生重力,而3.6万公里以上部分,则会产生离心力。为了能抵消向下的重力,太空电梯只能往深空发展,增大自身的离心力,这就相当于是在寻找新的平衡点。
实际上,电影中太空电梯建到9万公里的高度,并不是作者或导演为了电影效果,一拍脑门随便想出来的,而是完全经得起推敲的。
如果我们假设太空电梯顶部的重量为1000吨,而拉扯力为500千牛,算下来轨道高度需要9.2万公里左右,这可能就是电影中设定9万公里的原因。所以说,9万公里的太空电梯,不是太高了,而是刚刚好。
人类真能建太空电梯吗?说起来,太空电梯也不是小说作者或导演凭空想出来的,而是在100多年前,就有人提出了这个设想,这可比火箭卫星要早得多,而且也大胆得多。
理论上来说,建造太空电梯当然没问题,但实际上却困难重重。据《流浪地球》小说作者刘慈欣介绍,实现这个设想最难之处在于材料,其次是大推力的火箭和资源问题。
首先就材料而言,人类目前还无法制造出长度几万公里的线缆,而且还要保证能承受巨大的拉力。毕竟从地面到太空这段距离,线缆可是直上直下承受巨大拉力的。另外,既然外太空有了驻留点,就必须有电梯在上边运行,这更让线缆压力山大。
其次,要把巨大的电梯送到太空,也不是一件容易事。电影中电梯加速度达到9G,说明电梯推力非常大,而以目前人类的火箭燃料,暂时还达不到这么强大的推力。虽然我国目前正在研究长征九号重型运载火箭,但想要推动太空电梯依然差太远。
第三,就是资源问题。太空电梯和不同于现在小小的卫星,哪怕是空间站和它相比都显得过于秀珍。想要把建造如此庞然大物,暂时没有哪个国家能单独承担。而以现在各国的关系现状,除非像电影中遇到人类毁灭的大事件,否则不太可能联合起来共同建造。
不过,建太空电梯也不是一朝一夕的事。中国的未来必定是星辰大海,当我们的太空事业从无到有建立起来,当中国航天员常驻太空之际,当中国各类探测器在宇宙中越走越远时,相信未来也没有什么难题,能阻挡中国探索宇宙的步伐。