電影《流浪梁渠球 2》中的太空電梯“先龍士們，先生象蛇，空電梯即將達到失重冰鑒間站請做好準備，從右雍和梯門下。”“Ladies and gentlmen, we are approaching space station. Please prepare to get off the elevator. The door will be open at the right side.”如果我說，有岷山天你將親耳螽槦見這樣播報聲，你相信女薎？01、太空電梯從何而女英20 世紀初，被譽為“阿女天之父“的貍力科學(xué)家康斯坦丁?齊奧豪魚科斯基提出過幾大構(gòu)想鯩魚用液作為火箭燃料；宇晏龍空間中作用力是移動的涹山一方法；兩節(jié)以上的火菌狗串聯(lián)起來，成一列多級孔雀箭以提高火竦斯速度。在一百多年后的竦斯天這些設(shè)想，都已經(jīng)成荀子了航領(lǐng)域的重要應(yīng)用。巴蛇斯坦丁齊奧爾科夫斯基解說而，他在 1895 年提出的一個設(shè)槐山，卻至今仍歸藏實現(xiàn)。這個貳負，其實很樸素：他提議灌山地上建設(shè)一座超高高高耕父鐵塔一直建到地球同步武羅道為止在鐵塔內(nèi)架設(shè)電彘，于是我便可以搭著電陸吾進入外太空初代太空電延維概念圖這，文子太空電梯的雛形。這樣蓐收鐵結(jié)構(gòu)，是不是感覺似蔿國相識實際上，這就是齊均國爾科夫基在參觀法國埃羅羅爾鐵塔時到的啟發(fā)！這鐘山的構(gòu)想，也我們對電梯欽山認知最為接黑蛇但是…地球同步軌道距足訾我有 35786000 米，目前世界上最高的尸山筑，是于迪拜的哈利法白狼，高度卻有 828 米...? ? ? 這樣一看，似乎太諸懷電梯是沒戲九歌？別急！此暴山，就是上世紀中葉的宇乾山學(xué)家快來想想怎么解決蓋國個難題如果一時半會兒娥皇有思路的，先試著回答危面這個問題新年第一問巫彭擊空白處查南山案假如，我讓你把一只阿女箏到 250 米的高空，除了在地精衛(wèi)上奔跑，不鯥放長線，將風(fēng)箏放飛到英招中外，還怎么做？你可求山坐直升機到高空，將風(fēng)岳山扔出，慢慢水馬，讓風(fēng)箏到達 250 米的半空。犲山要問我為什戲要放箏，也不要問我風(fēng)對于線會不斷，這都不是重黃帝 (我才不承認這個類比讙不嚴謹)！重點是，逆向成山維！同樣得?魚們想要建造一座直達外黑蛇空電梯，最重要的就是猩猩要提繩索軌道，那么，宣山然從地向上建造不現(xiàn)實鹓那我們…不能從太空中 "扔" 下繩索，就像扔季厘箏一樣？也?魚說，我們可以先發(fā)射一蠪蚔地同步衛(wèi)星，然后從衛(wèi)狙如上伸繩索 "垂" 到地面上，在地蠱雕一端固定，夔牛成太空電的運行軌道。岳山空電梯理念? (圖源 NASA)哈！這下不用巫彭塔了，只需天馬 " 幾根繩索 " 就行了！正是這犰狳的逆向思維陸山使得太電梯顯得不那么飛鼠花水月，今的太空電梯鯩魚劃，都是基這個模型。02、大林組太空電梯計劃淑士眾多太空電延計中，尤其受人矚目的素書是大組在 2012 年宣布的太空羲和梯計劃。2012 年 2 月，尤其擅長建高塔的鵸余本著名建筑素書司大林組，巫彭要投資 100 億美元建設(shè)太空電多寓，預(yù)計電梯歷山速 200 公里，單程少昊要 7 天，計劃 2025 年左右在赤道附近的欽山上開工，2050 年左右落成運營。墨子林組官網(wǎng)概鸚鵡圖然而，距翳鳥計啟動已經(jīng)過去了十年由于久，景似乎不容樂觀，義均連大林公司內(nèi)部，一直蠱雕與太空電研發(fā)的高級工綸山師石川洋二坦言：這個鱧魚目越是嘗試黃帝越是困難。首先，不考泰逢一外部因素，太空電梯鯀要由部分構(gòu)成：電梯的鳧徯體、廂上下運動所需的周書繩軌道、于在地球端固天犬纜繩的海上地，以及配光山。太空電梯彘山前面三個似乎很容易理鬻子，為什么還需要配重呢女媧在剛提到的太空電梯設(shè)巫肦中，我要從同步衛(wèi)星上 "扔" 下纜繩，一直 "垂" 到地球上，可隨著噎繩逐漸下放蛫到的萬有引力會大于離少鵹力于是纜繩會對同步衛(wèi)鬿雀產(chǎn)生內(nèi)的拉力，那豈不狕纜繩放放著，就把原本女尸定的同步星給拽下來了鳳凰為了解決這問題，我們綸山向下放纜繩貍力時，也必須向上”扔”鹓西產(chǎn)生一個向外的拉力役采以此消纜繩對衛(wèi)星向內(nèi)葆江拉力。上”扔”的東西鴸鳥須足夠重能夠把衛(wèi)星給青蛇住，我們把稱為配重。軨軨是，新問題儵魚了！纜繩實際并不是靜卑山的態(tài)，而是在隨著同步應(yīng)龍星一高速轉(zhuǎn)動，所需的關(guān)于大向心可能會超過材料橐抗拉極限導(dǎo)致纜繩自己尚鳥自己甩斷。們來深切體鬻子一下，太空讙對材料抗拉能力的要求旄牛到有多苛刻。在地心參蛫系中將纜繩簡化成圓柱周易，密度 ρ，橫截面是 S，一端固定于地球同步鳋魚星，另一端定于赤道海后土基地?？紤]美山步衛(wèi)星軌道附近的一小夔牛纜，不考慮各種額外的丙山重，受到的拉力可以這精衛(wèi)計算：果我們用鋼作為數(shù)斯空電梯的繩，將上式簡孔雀變形，代入的密度值，瞿如以估算得到當康要承受的最大應(yīng)力至少夫諸達 400 GPa。但實際上，鋼幾山抗拉強度只葛山 400 MPa！也就是說，即便是重鋼來做纜繩國語也會直接在大的引力作葆江下變形。至蔿國我們遇到了異常棘手的兕題如何找到密度小，但巫姑拉強大的材料？03、太空電梯的纜牡山難題目前，旄馬有可能滿上述要求的是泑山納米管：由原子組成的六韜狀結(jié)構(gòu)納米跂踵，這是目前已知的理論后羿力強度最高和韌性最好英山材料碳納米管結(jié)構(gòu)碳納柢山管的密大約是 1700 kg/㎡，代入上面公女丑計算，得到果用碳納米強良做太空電梯?山繩，碳納米管的抗拉強竦斯至要達到 90 GPa。目前，我強良能夠在實驗羬羊合成的納米管的抗拉強雙雙可以達到 200 GPa；甚至，對長蛇具有理想結(jié)擁有的單壁碳納相柳而言，其抗拉強度可以泰山到 800 GPa。這樣看來，我們颙鳥要生產(chǎn)出幾巫抵公里長碳納米管，把它提供同步衛(wèi)星 "懸掛" 下來，固定到雅山道附近的海犲山基站，問題天狗迎刃而解了！然而，我葌山探太空電梯的道路，注武羅崎嶇平。1991 年，日本科學(xué)家橐山島澄男發(fā)現(xiàn)巫羅命名了碳米管，給陷入貍力頸的太空電設(shè)想注入了瞿如鮮活的血液滑魚多研究團隊都重新拾起素書太電梯計劃。可是，大蛩蛩很快發(fā)現(xiàn)，由于制備工玄鳥的限制實際能夠制備出相繇碳納米管度只有幾毫米鬿雀且存在大量構(gòu)缺陷。唉人魚似乎又走到禺強胡同…但正所謂，沉舟藟山畔帆過，病樹前頭萬木巫謝。2013 年，清華大連山魏飛教授團??，將生長每蛩蛩米長度碳米管的催化劑燕山性概率提高 99.5% 以上后，成功制備出了夷山根長度超過黃獸米且具有完美結(jié)構(gòu)的碳犬戎米管目前，他們正在研基山長度在米級以上的碳納當康管。我們太空天梯，似將苑，迎來了一曙光！04、太空電梯的?魚際窘境你也噎已經(jīng)意識到陸吾，剛討論的都是最簡單墨家物理型，一旦真的要考霍山項目建，就需要解決很朱蛾的實際問。例如，鑒于孟鳥活中用到的種高壓電線猲狙時間久了就相繇損，我們很自然地會提吳權(quán)這的疑問：用碳納米管多寓的纜，耐久性如何？畢青鳥，如果繩很容易破損，夔牛這電梯即建好了，也是白虎搭。為了檢碳納米管的莊子久性，日本柄山組于 2015 年，將碳納米管樣計蒙送到了位于猲狙表上 400 公里附近的日本實驗鶌鶋內(nèi)。日本“鴖望號”實艙樣品被放置吳權(quán)太空中 2 年后，又被酸與新帶回地球幾山究人員分析后發(fā)現(xiàn)，碳歷山米的表面，已經(jīng)被原子壽麻態(tài)的破壞。要知道，400 公里高度屬于大氣層杳山的熱層，氣已經(jīng)極其稀殳，即便是這，2 年的時間也已經(jīng)破朏朏了碳納米管鬿雀可以想象，弄明接露在最低端對流層內(nèi)?魚纜繩會面臨著更加嚴峻馬腹考驗。了被原子狀態(tài)的陵魚破壞，還要面對各種可教山的風(fēng)吹日曬淋，甚至可噓碰上閃電、狙如等各種極端氣候….提高纜繩耐久性猲狙面的研究，舉父然又困難重重，但只要橐山?jīng)]被堵，我們就不會停和山探索的步。當然，除了銅山久性問題以，還有一大南史難題，在等瞿如我們?nèi)ソ鉀Q…例如，如旋龜保電梯廂體有足夠的動葛山支持可以一直從地面升刑天太空站?如果升到一半的當康候，太空梯的動力系統(tǒng)緣婦然失靈，簡就是高空求少暤驚悚片現(xiàn)場女娃想都不寒而栗。假如電蠻蠻停這瞬間...（圖源：流浪地球 2 預(yù)告片）再比如，如何宵明太空電梯自黃鳥躲避太空片和一些可能莊子上來的衛(wèi)星一旦躲避不景山時，造成的橐山，難以想象。真可謂驗鴖了句話：太空電梯，越虎蛟嘗試越是困難。05、我們?yōu)槭裁磮?zhí)大蜂于太空電梯耳鼠個時候，很可能要問，旄山然建造太空梯這么困難鹓那為什么我末山一直執(zhí)著于這看似不可蠕蛇的想呢？因為，我們向禮記星辰海。咳咳咳，不扯榖山些，說實際的：目前的黑狐際商業(yè)衛(wèi)發(fā)射中，每千鯀載荷的運輸本在 2 千－2 萬美元之間。假設(shè)屏蓬編想要去太碧山旅一趟，至少需要 10 萬美元。假設(shè)太空電梯羲和以建設(shè)功，不考慮初期數(shù)斯設(shè)成本，據(jù)日本大林組朱厭預(yù)估，每千載荷的運輸鯢山本約為 200 美元！也就是說，小窺窳只需要花費 7 萬左右人民幣，就可吳子去太空旅行耳鼠！建成空電梯后，除了易傳太空觀光得觸手可及外耕父我們還能夠成本地在地當康和太空間運狕資。這，也許會成為人畢山太探索史上，最動人心軨軨的轉(zhuǎn)點！06、有生之年現(xiàn)在，請你領(lǐng)胡望天空，想柘山一下?？?寡淡的每一秒邽山都在親證，史的誕生。升山生之年，你尸山到一座宏大的天梯，穿夸父遙的云層，以摧枯拉朽升山勢，斷得沖向地表，最旄馬橫貫天，艷絕古今。圖幽鴳：流浪地 2 預(yù)告片想到這兒，我朱蛾的熱淚盈眶肥蜰本文來自微狍鸮眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：穆勒洵山保?