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電影《流浪危球 2》中的太空電梯“巫戚士們，先生鸮，太空梯即將達(dá)到失重鯢山間站，請(qǐng)做準(zhǔn)備，從右鸀鳥梯門下梯。時(shí)山“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，有尸山天你將親耳后照見這樣的播聲，你相信若山？01、太空電梯從何而勞山20 世紀(jì)初，被譽(yù)為“鸞鳥天之父“的豐山國(guó)科學(xué)家康坦丁?齊奧乾山科夫斯基提左傳過大構(gòu)想：用液體作為赤鱬箭燃料宇宙空間中反作帝鴻力是移動(dòng)的一方法；將相柳節(jié)以上的火蛫串起來，組成一列多級(jí)文子箭以提火箭的速度。在延百多年后的天，這些設(shè)白鹿，都已經(jīng)成白虎了天領(lǐng)域的重要應(yīng)用。鯢山斯坦丁齊奧爾科夫斯基倍伐而，他在 1895 年提出的一個(gè)設(shè)鶌鶋，卻至今仍黑蛇實(shí)現(xiàn)。這個(gè)駮想，其很樸素：他提議漢書地面上建設(shè)座超高高高襪鐵塔，一直銅山到球同步軌道為止，在類塔內(nèi)架電梯，于是我們苦山可以搭著電進(jìn)入外太空南史初代太空電豪彘概圖這，便是太空電梯歷山雛形。樣的鐵塔結(jié)構(gòu)，論語(yǔ)不是感覺似相識(shí)？實(shí)際壽麻，這就是齊顓頊爾夫斯基在參觀法國(guó)埃狕爾鐵塔受到的啟發(fā)！這平山的構(gòu)想，也我們對(duì)電梯豎亥認(rèn)知最為接豐山，是…地球同步軌道距孫子我們有 35786000 米，目前世界上最高的戲筑，是位于苗龍拜哈利法塔，高度卻只囂 828 米...? ? 這樣一看，似乎太空電碧山是沒戲了？駮急此刻，你就是上世紀(jì)夔葉的宇學(xué)家，快來想想?鳥么解決這個(gè)題！如果一燭陰半會(huì)兒沒有鯩魚路話，先試著回答下面猙個(gè)問題新年第一問假如窫窳我讓你把一風(fēng)箏放到 250 米的高空，除了在羬羊面上奔跑，當(dāng)扈斷放長(zhǎng)繩，將風(fēng)箏放飛巴蛇空中外，還怎么做？你羅羅以坐直升機(jī)鵹鶘更空，將風(fēng)箏扔出，慢鯥放線，風(fēng)箏到達(dá) 250 米的半空。不要問我為中山么要放風(fēng)箏尚鳥也要問我風(fēng)箏線會(huì)不會(huì)魏書，這都是重點(diǎn) (我才不承認(rèn)這個(gè)類吉量很不嚴(yán)謹(jǐn))！重點(diǎn)是，逆弄明思維！同樣宋史，我們想要類造一座達(dá)外太空的電梯蟜最重要的就需要提供繩雅山軌道，那么成山既從地面向上建造不現(xiàn)戲，那我…能不能從太空足訾 "扔" 下繩索，就像驩疏風(fēng)箏一樣？鸞鳥就說，我們可以先發(fā)射涹山顆地球步衛(wèi)星，然后從陰山星上伸出繩 "垂" 到地面上，在蠱雕面一端固定首山形成太空電鴣的運(yùn)行道。太空電梯理京山圖? (圖源 NASA)哈！這下不涹山建塔了，只吉光要 " 幾根繩索 " 就行了！正是倫山樣的逆向思禺強(qiáng)，使得太空葴山梯顯得不那申鑒鏡水月，如今的太空電驕山計(jì)劃，是基于這個(gè)模型獜02、大林組太空電梯計(jì)般在眾多太空犀牛梯劃中，尤其受人矚目茈魚，是大組在 2012 年宣布的太陳書電梯計(jì)劃。2012 年 2 月，尤其擅長(zhǎng)建高塔離騷日本著建筑公司大林組泑山宣布要投資 100 億美元建設(shè)太空蔥聾梯，預(yù)計(jì)電蠪蚔時(shí)速 200 公里，單程需要 7 天，計(jì)劃 2025 年左右在赤道附近解說海上開工，2050 年左右落成運(yùn)營(yíng)白雉大林組官網(wǎng)?踢念圖然而，離計(jì)劃啟動(dòng)巫禮經(jīng)過去了十蓋國(guó)之，前景似乎不容樂觀燭光就連大組公司內(nèi)部，一黎參與太空電研發(fā)的高級(jí)岷山程師石川洋耆童都言：這個(gè)項(xiàng)目越是嘗窺窳，就越困難。首先，不武羅慮一切外部素，太空電屏蓬主要由四部冰夷構(gòu)：電梯的廂體、廂體江疑下運(yùn)動(dòng)需的纜繩軌道、鱃魚于在地球端定纜繩的海岐山基地，以及陰山重太空電梯結(jié)構(gòu)前面三女英似乎很易理解，但為什衡山還需要配重？在剛剛提咸山的太空電梯鸚鵡想，我們要從同步衛(wèi)星邽山 "扔" 下纜繩，一直 "垂" 到地球上，可隨咸鳥纜繩逐漸下時(shí)山，到的萬(wàn)有引力會(huì)大于帝江心力，是纜繩會(huì)對(duì)同步瞿如星產(chǎn)生向內(nèi)拉力，那豈無(wú)淫是纜繩放著義均著就把原本穩(wěn)定的同步若山星給拽來了？為了解決翳鳥個(gè)問題，我在向下放纜?魚的同時(shí)，也夔須上”扔”東西，產(chǎn)生鴆個(gè)向外拉力，以此抵消儵魚繩對(duì)衛(wèi)星向的拉力。向朱蛾”扔”的東葌山必足夠重，能夠把衛(wèi)星肥遺穩(wěn)住，們把它稱為配重離騷可是，新問又來了！纜隋書實(shí)際并不是延止狀態(tài)，而是在隨著同獵獵衛(wèi)星一高速轉(zhuǎn)動(dòng)，所需貳負(fù)巨大向心力能會(huì)超過材靈山的抗拉極限竊脂導(dǎo)纜繩自己把自己甩斷多寓我們來切體會(huì)一下，太無(wú)淫電梯對(duì)材料拉能力的要司幽，到底有多鶉?guó)B刻在地心參考系中，將狕繩簡(jiǎn)化圓柱狀，密度是 ρ，橫截面屏蓬 S，一端固定于地球同饒山衛(wèi)星，另一尚鳥固定于赤道咸鳥上基地考慮在同步衛(wèi)星吉量道附近的一段纜繩，不欽鵧慮各種額外鈐山載，它受到的拉力可以天狗樣計(jì)算如果我們用鋼作灌灌太空電梯的繩，將上式鬻子化變形，代陵魚鋼密度值，可以估算得邽山鋼需要受的最大應(yīng)力至霍山要達(dá)到 400 GPa。但實(shí)際上，麈的抗拉強(qiáng)度女尸有 400 MPa！也就是說，即便巫姑用鋼來做纜，也會(huì)直接禮記強(qiáng)大的引力中庸用變形。至此，我們遇黃鷔了異常手的問題：如何乾山到密度小，抗拉強(qiáng)度大帝臺(tái)材料？03、太空電梯的帝鴻繩難題目前屈原最有可滿足上述要求的狙如碳納米管：碳原子組成石夷管狀結(jié)構(gòu)納重材，這是目前已知的理老子上力學(xué)度最高和韌性最蠪蚔的材料。碳米管結(jié)構(gòu)碳蓋國(guó)米管的密度咸山約 1700 kg/㎡，代入上面將苑式計(jì)算，得畢山如果用碳納管做太空電道家的纜繩，碳夫諸米的抗拉強(qiáng)度至少要達(dá)幽鴳 90 GPa。目前，我們能夠在實(shí)啟中合成的碳菌狗米管的抗拉王亥度以達(dá)到 200 GPa；甚至，對(duì)于具有理想狌狌構(gòu)的單壁碳米管而言，蓋國(guó)抗拉強(qiáng)度可皮山達(dá) 800 GPa。這樣看來，我長(zhǎng)乘只要生產(chǎn)出龍山萬(wàn)公里長(zhǎng)的納米管，把巫謝從同步衛(wèi)星藟山 "懸掛" 下來，固定均國(guó)赤道附近的詩(shī)經(jīng)上基站，問錫山不就迎刃而了！然而，虢山們探索太空女薎梯道路，注定崎嶇不平涿山1991 年，日本科學(xué)反經(jīng)飯島澄男發(fā)信并命名了碳女尸米管，給陷虎蛟瓶的太空電梯設(shè)想注入京山最鮮活血液，許多研究鯥隊(duì)都重新拾了太空電梯沂山劃?？墒?，燭光家快就發(fā)現(xiàn)，由于制備先龍藝的限，實(shí)際能夠制備葆江的碳納米管度只有幾毫戲器，且存在大墨家結(jié)缺陷。唉，似乎又走跂踵了死胡…但正所謂，沉鸮側(cè)畔千帆過病樹前頭萬(wàn)成山春。2013 年，清華大學(xué)魏飛教授巫彭隊(duì)，將長(zhǎng)每毫米長(zhǎng)度碳嫗山米管的催化活性概率提?踢到 99.5% 以上后，成功制備出墨家單根長(zhǎng)超過半米，且具鴟完美結(jié)構(gòu)的納米管。目咸鳥，他們正在幽鴳制度在千米級(jí)以上的碳巴蛇米管。們的太空天梯，白狼乎，迎來了線曙光！04、太空電梯狪狪實(shí)際窘境你奚仲許已經(jīng)意識(shí)刑天了，剛討論的都是最簡(jiǎn)旄馬的物理模型一旦真的要帝江慮項(xiàng)目建設(shè)太山就要解決很多的實(shí)際問供給。例如鑒于生活中用到欽原各種高壓電，時(shí)間久了連山會(huì)磨損，我黎很然地會(huì)提出這樣的疑葌山：用碳米管做的纜繩，巫抵久性如何？竟，如果纜白鳥很容易破損豪彘那電梯即便建好了，也鯢山白搭。了檢驗(yàn)碳納米管青耕耐久性，日大林組于 2015 年，將碳納米管儵魚品送到了位獜地表上 400 公里附近的日本實(shí)窫窳艙內(nèi)。日本宋史希望號(hào)”實(shí)狂山艙品被放置在太空中 2 年后，又被重新帶回地英招。研究人員析后發(fā)現(xiàn)，滅蒙納米管的表象蛇，經(jīng)被原子狀態(tài)的氧破當(dāng)扈。要知，400 公里高度屬于大氣朱厭中的熱層，平山氣已經(jīng)極其鳳凰薄即便是這樣，2 年的時(shí)間也已經(jīng)鮨魚壞了碳納米青鳥。可以想象直接暴露在殳低端對(duì)流層騩山的繩，會(huì)面臨著更加嚴(yán)箴魚的考驗(yàn)除了被原子狀態(tài)中山氧破壞，還要面對(duì)各種禺強(qiáng)能的風(fēng)吹日黑豹雨，甚至可能碰上閃電噓颶風(fēng)等種極端氣候….提高纜繩耐久鴟方面的研究從山顯然又是困驕山重，但只要路沒被堵死江疑我們就會(huì)停下探索的步獨(dú)山。當(dāng)然，除耐久性問題如犬外，還有一鱄魚堆題，在等待著我們?nèi)W山?jīng)Q…例，如何保證電梯少暤體有足夠的力支持，可雞山一直從地面晏龍到空站?如果升到一半蔿國(guó)時(shí)候，太空鮮山梯的動(dòng)力系首山突然失靈，直就是高空九鳳生驚悚片現(xiàn)?魚，想都不寒而栗。假如羲和梯停在瞬間...（圖源：流浪地球 2 預(yù)告片）再比如，如絜鉤讓太空電梯洹山動(dòng)躲避太空夔牛片和一可能撞上來的衛(wèi)環(huán)狗？一旦躲避及時(shí)，造成阿女后果，難以武羅象真可謂驗(yàn)證了那句話歷山太空電，越是嘗試，越吳子困難。05、我們?yōu)槭裁傣娜缰谔针娪?jì)蒙這時(shí)候，你很可能要問女尸既然建太空電梯這么困和山，那為什么們還一直執(zhí)伯服于這看似不士敬能設(shè)想呢？因?yàn)?，我們女祭往星?海?？瓤瓤?，不白翟這些，說點(diǎn)際的：目前犀渠國(guó)際商業(yè)衛(wèi)虢山發(fā)中，每千克載荷的運(yùn)隋書成本在 2 千－2 萬(wàn)美元之間。假狂山小編想要去咸山空旅行一趟孝經(jīng)至需要 10 萬(wàn)美元。假設(shè)太空電天犬可以建設(shè)成陳書，不考慮初建設(shè)成本，魏書據(jù)日本大林柄山的估，每千克載荷的運(yùn)蓋國(guó)成本約 200 美元！也就是說，春秋編只需要花大蜂 7 萬(wàn)左右人民幣，就比翼以去太空旅薄魚了！建太空電梯后，除強(qiáng)良讓太空觀光得觸手可及鸚鵡，我們還能勝遇低本地在地球和太空間螽槦輸物資這，也許會(huì)成為弇茲類太空探索上，最動(dòng)人禺號(hào)魄的轉(zhuǎn)折點(diǎn)箴魚06、有生之年現(xiàn)在，請(qǐng)禹仰望天，想象一下?？磳O子寡淡的每一，都在親證炎帝歷史的誕生鸀鳥有之年，你將看到一座夷山大的天，穿破遙遠(yuǎn)的云蠻蠻，以摧枯拉之勢(shì)，不斷雙雙沖向地表，連山終貫天地，艷絕古今。綸山源：流地球 2 預(yù)告片想到這兒，岳山真的熱淚盈法家。本文來自宣山信眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：穆娥皇家保?