建造《流浪地球2》的太空电梯,总共分几步?

作者: 穆勒家保姆

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-01-24 13:33:18

本文探讨了建造太空电梯的设想及其面临的挑战,特别是材料科学方面的难题。文章介绍了康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基的原始设想,以及现代科技如碳纳米管在实现这一设想中的潜力和限制。同时,文章还提到了大林组的太空电梯计划,以及太空电梯在实际建设中可能遇到的问题,如耐久性和动力系统。

电影《流浪地球2》中的太空电梯“女士们,先生们,太空电梯即将达到失重空间站,请做好准备,从右侧梯门下梯。”如果我说,有一天你将亲耳听见这样的播报声,你相信吗?

20世纪初,被誉为“航天之父“的俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出过几大构想:用液体作为火箭燃料;宇宙空间中反作用力是移动的唯一方法;将两节以上的火箭串联起来,组成一列多级火箭以提高火箭的速度。在一百多年后的今天,这些设想,都已经成为了航天领域的重要应用。

康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基然而,他在1895年提出的一个设想,却至今仍未实现。这个设想,其实很朴素:他提议在地面上建设一座超高高高的铁塔,一直建到地球同步轨道为止,在铁塔内架设电梯,于是我们便可以搭着电梯进入外太空。初代太空电梯概念图这,便是太空电梯的雏形。

在众多太空电梯计划中,尤其受瞩目的,是日本著名建筑公司大林组在2012年宣布的太空电梯计划。2012年2月,大林组宣布要投资100亿美元建设太空电梯,预计电梯时速200公里,单程需要7天,计划2025年左右在赤道附近的海上开工,2050年左右落成运营。

目前,最有可能满足上述要求的是碳纳米管:由碳原子组成的管状结构纳米材料,这是目前已知的理论上力学强度最高和韧性最好的材料。碳纳米管的密度大约是1700 kg/㎡,代入上面公式计算,得到如果用碳纳米管做太空电梯的缆绳,碳纳米管的抗拉强度至少要达到90 GPa。

你也许已经意识到了,刚刚讨论的都是最简单的物理模型,一旦真的要考虑项目建设,就需要解决很多的实际问题。例如,鉴于生活中用到的各种高压电线,时间久了就会磨损,我们很自然地会提出这样的疑问:用碳纳米管做的缆绳,耐久性如何?毕竟,如果缆绳很容易破损,那这电梯即便建好了,也是白搭。

现在,请你仰望天空,想象一下。看似寡淡的每一秒,都在亲证,历史的诞生。有生之年,你将看到一座宏大的天梯,穿破遥远的云层,以摧枯拉朽之势,不断得冲向地表,最终横贯天地,艳绝古今。

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