科普造个太空电梯能上天吗?

 

只要99,送你到月球...




55年前的4月
尤里·加加林乘坐东方1号宇宙飞船起飞
在301千米高的近地轨道绕地球一周
完成人类历史上首次载人太空飞行


47年前的7月
阿波罗11号载人飞船载着飞往月球
阿姆斯特朗与奥尔德林成功登月
迈出了人类的一大步




半个世纪过去了,人类进入太空的方式并没有太大突破,还是使用载人火箭或宇宙飞船运输,动辄上亿美元的发射费用,让太空旅行距离普通人的生活非常遥远。



我们希望探索太空能够变得简单廉价,每个人都有机会从月亮的角度看看地球,现实的状况是如果你想进入太空,只有两条路,要么成为万里挑一的宇航员,要么成为百万富豪。


如果有一天,上天变得像上楼一样简单,普通人的太空之旅才算正式开始。为了达到这一目标,科学家做出了大胆的设想,既然上楼可以坐电梯,为什么上天不能坐电梯?



太空电梯的原理

从理论上来说,太空电梯是可行的,而且比火箭和宇宙飞船更节能。

小孩拿着一个细绳,一端拴着重物,以手为轴心甩动绕圈,在靠近手心的一端绳子上有一只蚂蚁,在树甩动的过程中不停地向重物的一端爬,当蚂蚁达到那一端后,既达到了一定的高度,又拥有了转动的速度。



这就是太空电梯的原理,发射火箭的推动力包括两个方向,一个是垂直上升,一个是与地球表面平行的横向加速,太空电梯就像绳子上的蚂蚁,手部的轴心就像自转的地球,只要顺着轨道往高处爬升,达到顶端时借助地球的自转,就拥有了平行地表的转动速度,比火箭节省了一个横向的推动力。





太空电梯的构造

太空电梯主要包括四个结构,地表基座、线缆轨道、太空舱、升降舱。

升降的方式和普通的电梯类似,基座位于地球表面,稳固线缆的部分在地表之下,最顶层是电梯的出入口,太空舱是漂浮在近地轨道上的飞行器,线缆轨道连接基座和太空舱,升降舱是运载人和货物的空间。



最大的挑战是线缆轨道

建造线缆轨道需要重量强、廉价、坚韧的材料,硬度比目前可造出来的材料都要更强,石墨烯和纳米钻石线是比较有前途的两种材料,但强度仍然不够,线缆需要承受大气腐蚀、辐射、陨石的撞击。




太空电梯将是人类历史上体量最大、建造难度最高的单体建筑,任何一次线缆的断裂都可能给人类或者太空带来难以弥补的伤害,所以建造过程必须一次成功。



在材料和建造技术都还不成熟时,月球可以成为建造太空电梯的试验场,月球的重力更小,降低了材料强度的要求,防弹纤维就能够应用在月球太空电梯的建造中,还可以在小行星采矿来获取能源。



太空电梯能够带来多少收益?

建造太空电梯的成本很高,但是带来的收益更高。

按照目前的太空运输成本计算,送1公斤的物品上太空需要2万美元,送一个人上太空需要130万美元,送一辆车上太空需要4000万美元,建立国际空间站需要数十亿美元。



使用太空电梯后运输成本能够降低99%,运送1公斤物品仅需200美元。

假设建造一个太空电梯需要200亿美元,只要完成100吨物品的运送就可以收回成本,相当于把两个国际空间站送上太空。



无论人类能不能造出太空电梯,都能够在研究和尝试的过程中学到很多。


探索太空的路上
伟大的梦想永远都不多


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