坐上電梯去太空

看過《流浪地球2》的同學，想必對其中狂拽炫酷的太空電梯記憶猶新?，F(xiàn)實中，地球上的電梯最高有多高呢？目前世界上最高的建筑，是迪拜828 米高的哈利法塔，其中的電梯能在一分鐘內縱貫數(shù)百米。用于金礦開采的礦井中，一些電梯通過接力的方式甚至可以深入地下幾千米。但不論“上天”還是“入地”，都與電影中綿延90000 千米的太空電梯相去甚遠。如此宏偉的工程難度有多大？如果真想造一部太空電梯，應該怎樣做呢？

反常的結構

太空電梯的結構會有點兒“反常識”。地球半徑只有6300多千米，相比之下，長達數(shù)萬千米的太空電梯實在太“高”了，正常搭建的話，用整個地球做底座都嫌小，況且也沒有材料能承受這么高的建筑的重量。于是只能換個思路，把太空電梯“倒過來”，先在地球軌道上建一座空間站，再建一條從空間站上垂下的“懸梯”直抵地表。

太空電梯很長，也很脆弱，太陽和月亮的引力、地球磁場、大氣環(huán)流等都可能對它形成擾動，導致其在空中彎曲和扭轉，而且這種引發(fā)形變的力量經過傳導，會在電梯連接地表處達到最強，就像在揮舞鞭子時，鞭梢的移動速度要比手快得多。為了不被扯斷，太空電梯的纜索需為柔性材料，才能夠自由彎曲。當然，也可以采用分段式的設計來減少晃動，但這樣就會大大增加結構上的復雜性。

高強度的材料

太空電梯所用的材料中，用于制造纜索的最為重要，既要強度極高，又要重量極輕，這樣“懸梯”才不至于被自身的重量所“抻斷”。如果采用鋼鐵，建到10千米左右已是極限。可用于防彈衣的超高分子量聚乙烯纖維，其強度遠超鋼鐵，但仍不足以勝任。目前，碳納米管是最有希望的材料，其強度和重量都滿足要求，但以當下的技術生產出的單根管長度很短，還只能以厘米計，與太空電梯所需相差太遠，且很容易被大氣中的一些成分及空間輻射破壞?？磥硌芯坎牧峡茖W的科學家們還需要加把勁兒。

特別的選址

為了讓太空電梯與地表連接的位置相對固定，不至于隨著空間站的繞地運行在地球上繞圈，電梯的重心需位于地球同步軌道上——這是赤道上空環(huán)繞地球的一條軌道，距離地表大約36000 千米。在這條軌道上，物體繞地球轉一圈剛好需要一天，和地球自轉周期相同。這樣，太空電梯就能和地表保持相對靜止。為了避免太空電梯彎曲變形時扯斷同地表的連接，也為了在必要時閃避太空垃圾等的撞擊，太空電梯的“末梢”要能夠移動——建在水上不失為一種可行的方法。

能源傳輸新方法

相比傳統(tǒng)火箭，能利用電能升空是太空電梯的一大優(yōu)勢，這樣就不必攜帶過多的燃料，但同時也帶來了新的問題。通常情況下，電能在傳輸過程中是有損耗的，傳輸距離越長，損耗越大。在太空電梯如此龐大的建筑規(guī)模上，絕大部分電能都在傳輸中被白白浪費掉了，余下的有效能量微乎其微。為了充分利用電能，需要一種被稱為“超導體”的特殊材料——顧名思義，這種材料具備超強的導電能力，可以無損耗地傳輸電能。超導體在極低的溫度下才能發(fā)揮作用，原本應用范圍很受限，可巧的是，大氣層外的宇宙空間正好能滿足低溫條件，余下的問題就是如何為超導體減重了。也可以從地面發(fā)射激光，通過給安裝在太空電梯上的太陽能電池充能來驅動它，工程上會更簡單。

強大的維生系統(tǒng)

太空電梯還得保障乘客的安全。電梯所在的位置跨越了地球周圍的高能帶電粒子聚集區(qū)，此外還有來自星際空間的高能射線，需要做好輻射防護；高速飛行的流星、太空垃圾以及可能的襲擊能夠造成實實在在的破壞，因此需要圍繞電梯建立強大的防御系統(tǒng)；作為乘客安全的最后保障，電梯上應當設計逃逸裝置，一旦整個系統(tǒng)遭到毀壞，電梯載人的部分可以脫離纜繩，自主落回地表；為了避免減速時乘客“跌落”并被壓在天花板上，電梯箱體可以設計成能夠翻轉；和電影中不同，太空電梯的旅途實際會漫長得多，如果以“復興號”高鐵的速度狂奔，電梯要四天半才能到達地球同步軌道，哪怕按民航客機的速度，也要一天半，因此得備好相應的生活物資與設施——瓜子、泡面、火腿腸可能不必，但廁所大概是免不了的……