極客網(wǎng)·極客觀察2月7日 50多年前人類第一次登上月球（姑且相信美國(guó)人登月是真的），自此之后，進(jìn)入太空的人類總數(shù)沒(méi)有超過(guò)1000人次。曾幾何時(shí)NASA幻想著在軌道上建設(shè)龐大城市，可惜，現(xiàn)在人類離這個(gè)目標(biāo)還有很遙遠(yuǎn)的距離。太空研究和衛(wèi)星研發(fā)的確讓社會(huì)受益，但人類什么時(shí)候才能進(jìn)入“太空時(shí)代”呢？這是一個(gè)科學(xué)家回答不了的問(wèn)題。
物理學(xué)家Bradley Edwards博士認(rèn)為，火箭將人類送入太空，但火箭也限制了人類向深空前進(jìn)的步伐。在過(guò)去20年里雖然私人太空探索公司飛速發(fā)展，技術(shù)上也有進(jìn)步，但是用火箭將人類和貨物送入太空還是成本太高，過(guò)于昂貴。按照NASA的說(shuō)法，將貨物送入軌道一磅（453克）載荷需要1萬(wàn)美元。如何降低成本？Bradley Edwards給出一套方案：太空電梯。
如果你看過(guò)正在上映的《流浪地球2》，就會(huì)對(duì)太空電梯有一些印象。劉慈欣稱，太空電梯在理論上實(shí)現(xiàn)沒(méi)有任何懸念，最大困難是材料。
Bradley Edwards寫(xiě)過(guò)一本與太空電梯有關(guān)的書(shū)，他曾經(jīng)給出一個(gè)大膽論斷：“當(dāng)歷史學(xué)家回看從現(xiàn)在算起的未來(lái)500年，他們肯定會(huì)關(guān)注一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，那就是人類建造太空電梯：它標(biāo)志著前太空時(shí)代和后太空時(shí)代的分水嶺?！?/p>
太空電梯的概念很簡(jiǎn)單：坐進(jìn)“電梯汽車”，按下上升鍵，然后就能快速飛到離地表26098英里（約42000公里）的高空。太空電梯沒(méi)有使用滑輪，它用的是帶狀線纜，從地表延伸至太空。電梯可上可下，不需要背負(fù)沉重的燃料。
不得不承認(rèn)，太空電梯的概念是革命性的，概念也很簡(jiǎn)單，但技術(shù)挑戰(zhàn)卻是巨大的。太空電梯需要強(qiáng)大的材料科技和制造能力作為支撐，投資也極為龐大。
太空電梯可以用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)，電梯內(nèi)不需要裝載燃料。最大的問(wèn)題是線纜必須足夠“強(qiáng)大”，碳納米管是備選材料，只是人類先要制造足夠長(zhǎng)的碳納米管。
就算有了可以使用的線纜，也需要在太空固定，否則線纜會(huì)掉下來(lái)，太空電梯完全靠離心力支撐。雖然大家討論太空電梯已經(jīng)很多年，但是很遺憾，至今沒(méi)有什么材料可以承受如此強(qiáng)的拉力，即使是最強(qiáng)的現(xiàn)代碳纖維聚合物也無(wú)法勝任。
有沒(méi)有別的辦法？可能有?？茖W(xué)家認(rèn)為人類可以將太空電梯固定在月球上，吊向地球。兩種設(shè)計(jì)最大的不同在于離心力。地球太空電梯會(huì)圍著地球自轉(zhuǎn)，每天轉(zhuǎn)一次，月球太空電梯不一樣，它一月轉(zhuǎn)一次，離心力小很多。
太空電梯從月球伸向地球時(shí)，因?yàn)榈厍蛟虑蚨加幸?，所以?huì)彼此抵消不少的力量。拉格朗日點(diǎn)可以成為太空電梯的運(yùn)營(yíng)中心。如果采用在月球建設(shè)太空電梯的方案，可以使用當(dāng)前已有的高強(qiáng)度材料，比如Zylon，這樣就能解決材料問(wèn)題。
Stephen Cohen是一名太空電梯愛(ài)好者，去年年底他曾刊文談到自己對(duì)太空電梯的設(shè)想。Stephen Cohen認(rèn)為：太空電梯會(huì)比我們想象的來(lái)得更早。
現(xiàn)在我們發(fā)射火箭還叫“執(zhí)行太空任務(wù)”，有了太空電梯，前往太空就是“運(yùn)輸”，去太空成為平常事，不受天氣影響。與火箭相比，太空電梯更安全。未來(lái)如果人類的太空電梯技術(shù)足夠先進(jìn)，可以橋接整個(gè)太陽(yáng)系。
按照Stephen Cohen的設(shè)想，10萬(wàn)公里長(zhǎng)的線纜可以從赤道伸向太空，另一端固定在衛(wèi)星上，整套系統(tǒng)和地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的設(shè)計(jì)相當(dāng)于從衛(wèi)星丟一根線纜到赤道，衛(wèi)星會(huì)用燃料定期升高。
在引力和離心力的影響下，漫長(zhǎng)線纜各處的受力是不同的。在地球同步軌道以下，引力占上風(fēng)，在軌道之上離心力更強(qiáng)。所以張力會(huì)貫穿線纜始終，在地球同步軌道處達(dá)到最大。
如果想建設(shè)這樣的太空電梯，材料強(qiáng)度必須比鋼鐵高50倍?，F(xiàn)在的難題還是材料，我們只能慢慢等待。
目前科學(xué)家認(rèn)為有兩種材料可以用來(lái)建造太空電梯線纜，除了上面提到的碳納米管，還有一種是石墨烯帶。石墨烯帶有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，強(qiáng)度極高，單晶石墨烯片的強(qiáng)度約為鋼鐵的200倍，最高可達(dá)130 Gigapascals (GPa) 。
NASA曾經(jīng)對(duì)石墨烯帶的用途做過(guò)研究，科學(xué)家認(rèn)為，有可能制造出千米級(jí)連續(xù)石墨烯纖維。2020年MIT研究人員曾展示一種新技術(shù)，用它可以每分鐘制造出約2米長(zhǎng)的石墨烯。
如果中國(guó)率先制造出太空電梯，你覺(jué)得會(huì)帶來(lái)怎樣的影響？（小刀）
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