《流浪地球2》的太空电梯原理是什么,人类真的可以造出来吗

太空电梯到底有没有可能实现呢?它的原理是什么?实现它的技术难点又是什么?

太空电梯,是一项现在人类暂时无法实现的技术,当然未来还是有机会实现的。“太空电梯”的概念最早是由现代宇宙航行学的奠基人、航天之父齐奥尔科夫斯基在1985年提出来的,也被称为:天梯。除了太空电梯,齐奥尔科夫斯基还是最早提出火箭、多级火箭、人造卫星、空间站和星际移民等概念的人。

《流浪地球2》的太空电梯原理是什么,人类真的可以造出来吗,《流浪地球2》的太空电梯原理是什么,人类真的可以造出来吗,第1张

在《流浪地球2》中,我们也不难发现,太空电梯说白了就是带人上太空的装置。那么问题来了,明明有火箭这种工具,为何还要太空电梯呢?

其实答案很简单,太空电梯如果能实现,它将大幅度降低人类上太空的成本。那这究竟是咋回事呢?

这就需要我们从太空电梯的原理说起。我们都知道,地球自身有很强的引力,而如果一个探测器绕着地球圆周运动,它会有一个“飞出去的趋势“,我们可以把这个趋势看成是一种“虚拟力”,也就是惯性离心力。因此,轨道上的探测器受到了引力和惯性离心力的作用。

当探测器距离地球表面3.6万公里时,引力和惯性离心力就平衡了。在赤道上空3.6万公里的轨道高度上,探测器绕地球一周的周期,和地球自转一周的周期是几乎一致的,也就是说,探测器相对于地面是静止的,这也被称为:地球静止轨道。

在地球静止轨道之上,惯性离心力大于引力,而在地球静止轨道之下,引力小于惯性离心力。如果能在赤道附近找一个开阔的地方,或者在海面上,建设起一个基座,然后在同步轨道上建设一个空间站,再在高于地球静止轨道的地方,设计一个合理的配重,最后用缆绳把三者串联起来,配上电梯舱(运载舱),太空电梯就搞定了。

通过太空电梯,可以把人和物资源源不断地送上太空。我们现在利用火箭把物体送上太空,平均运输成本是:2.2万美元/千克。而有人估算,利用太空电梯,大概只需要200美元/千克,也就是火箭的百分之一。

所以,如果太空电梯能够实现,那么太空旅行很可能走进寻常百姓家。

虽然太空电梯的建造理论上不难,但是实现起来就非常难。目前来看,最难逾越的是材料技术。建造太空电梯的线缆需要很强的拉伸强度,尤其是在地球静止轨道空间站这里的线缆,需要非常大的拉伸强度,即便是使用钢材,也根本承受不了。

现在已知能够满足这种拉伸强度的材料是:碳纳米管。

没错,这就是刘慈欣另一部科幻小说《三体》里,王淼研究的“纳米飞刃”的材料。只不过要用碳纳米管做出一根长度超过3.6万公里的线缆,现在来看,几乎是不可能实现的。

2013年,清华大学魏飞教授带领团队做出了全球最长的根碳纳米管管束,它的长度是550毫米,连一米都不到,这也仅仅是在实验室里,而不能批量做。

接下来近10年里,全球有许多科研团队在挑战更长的碳纳米管管束,但并没有什么实质性进展。所以,要做成超过3.6万米长的碳纳米管线缆,现在来看,是没办法实现的。

客观地说,实现太空电梯的难度比载人登陆火星还要难得多。但如果未来人类想要星际移民,那么太空电梯将会是一个关键的技术。

关于作者:

生活百科常识网