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125年前科学家提出的太空电梯,我们为何 [复制链接]

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上一期,咱们讨论了新一代航天渠道:太空电梯。自从齐奥尔科夫斯基提出这个概念后,已经过去一百多年了,科学家终于开始认真考虑这个问题。而当他们开始考虑的时候,发现问题还真不少。

研发太空电梯,首先要考虑的问题就是:在哪里建?太空电梯不是你想建,在哪都能建。

我们必须要保证:这个位置上的空间站,和地球是同步的,否则空间站和电梯的基座一旦有微小的位置偏差,电梯就要“折断”了。很显然,这个航天器必须位于和地球同步的轨道,也就是所谓的同步卫星(或者空间站),这个轨道也叫地球静止轨道。这个位置,只能在赤道上(在其他经度上是不现实的,那样要么会脱离轨道,要么就要有永久的动力推动)。

另外,即便是地球的赤道周长有公里,也不代表哪里都可以。

首先,咱们得避开地震带吧?否则地球一哆嗦,太空电梯就有断裂的风险。

其次,咱得尽量躲着经常狂风暴雨或者雷电交加的地方吧?否则越高处力矩越大,电梯未必扛得住、整天挨雷劈更是心理阴影面积大大的。

另外,为了避免意外带来的伤害,这个电梯也要尽量在无人区选址才可以,这就更加缩小了可供选择的范围。

不过好在,虽然赤道经过的区域大部分是海洋,但这个基站是可以建立在海上的,就像放大版的海上钻井平台一样。如果建立在海上,就可以避免发生意外时伤及无辜,另外还有一个优势,我们卖个关子,留到下一期再介绍。

即使选址可以定在海上,也不代表哪里都可以。目前,相对比较受到认可的位置,是国际日期变更线(也就是°经线,大部分位于太平洋)以东、美洲大陆以西的区域。

实际上,解决了地点问题,还只是万里长征第一步。除此之外,还有一系列足以让科学家绞尽脑汁的难题等着他们。

比如太空电梯的高度。

按照前面同步卫星轨道的计算方法,是距离地面公里的高处,这是高中物理的知识。但实际上,为了能够平衡整个电梯,防止被甩出去,我们必须要建造得更高才行。也就是说,我们需要从地表建起高达近公里的电梯,连接到空间站上,然后再向上继续建造。这个总体的高度,目前世界各国并没有定论,但一般来说,都是在10万公里左右,也就是地月距离的1/4(为了别把大家吓到,我们后面暂时都按照大约公里的数据来介绍)。

要知道,目前人类的最高建筑哈利法塔,也不过只有米。而这个电梯,就像我们说的,有接近36公里高,是哈利法塔的四万多倍……

第一个问题就是:我们如何建设这样高的建筑。

最起码,如此高的建筑,稳定性得有保证吧?这是个简单的杠杆原理,越高的建筑力矩越大,所以对稳定性的要求就越高。一旦有地震或者狂风来捣乱,这部太空电梯都要面临生死的考验。因此,仅仅是安全性,就对人类的科技就提出了极高的挑战。

其次,我们要建这么高的建筑,也得有这么高的设备,还要有把材料送到这么高的技术。而哈利法塔在把钢筋混凝土泵到米多一点的高处,改用纯钢筋建筑,这也是人类把混凝土泵到高空的纪录(不过,没人说这个电梯必须是钢筋结构,我们后面会讨论)。当然,科学家目前普遍认可的建筑方式,是从太空往下吊的方式建造,不过,这对人类的火箭发射频率和数量就会提出更高的要求。

同样的,我们介绍哈利法塔的几个数据:占地面积34.4公顷,也就是34.4万平方米,合着底座每一个边的长度都有一站地那么远;大楼本身造价10亿美元,还不包括里面的购物中心、人工湖、其他塔楼群的费用。由此可见,太空电梯所面临的问题,都是非常艰巨的问题。

实际上,关于天空电梯项目,NASA总共提出了四大要素:地球基站、缆绳、升降机和平衡锤,分别要采用哪种模式,这些都是绕不开的话题。

其中,地球基站的问题,我们今天讨论了,而接下来的三个问题该怎么解决呢?科学家是否有对策呢?咱们下一期再说~

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