通向太空的巴别塔！看看如何實作！
在過去的一個世紀裡，人類做了一些相當令人驚歎的事情。在懷特兄弟1903年發明第一架飛機後，我們隻用了66年就把人送上了月球。我們的工程和科學能力顯然令人印象深刻，但也許是時候讓我們來看看一些挑戰，一些超出了任何人想象的……也許終于到了建造太空電梯的時候了。
什麼是太空電梯？
太空電梯的概念最早是由康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（Konstantin Tsiolovsky）在1895年提出的，他提出了著名的“火箭方程”（Rocket Equation）幫助将火箭送入太空（他對太空事業的貢獻是巨大的）。齊奧爾科夫斯基的太空電梯概念受到埃菲爾鐵塔的啟發，後者幾乎是在同一時間建造的。他想知道人類是否可以建造一座足夠高的塔，使其尖端延伸到太空中，這樣我們就可以簡單地登上電梯，登上這座高得離譜的建築，越過重力障礙到達星星，而不是發射火箭到達那裡。
目前，世界上最高的建築是迪拜的哈利法塔，高達829.8米（2722英尺）。它保持着人類有史以來最高建築的紀錄，超過了華沙廣播桅杆646.38米（2120.7英尺）的先前紀錄，後者在建造過程中實際上倒塌了。可行的太空電梯必須至少有35,786公裡（22,236英裡）高——物體到達地球靜止軌道的高度。相比之下，如果哈利法塔的高度相當于咖啡杯的高度（8.25厘米），那麼太空電梯的高度将是3.56公裡，而這又是實際哈利法塔高度的4.3倍以上！
地球靜止軌道是指在赤道距離地球表面的高度，物體完成一個軌道所需的時間與地球的自轉周期相同，即一天。這本質上意味着，如果你在地球上某個點正上方的宇宙飛船上（比方說印度尼西亞的龐蒂亞納克，它直接在赤道上），你就永遠不會相對于那個點移動。是以，如果你向下看，這座城市将永遠保持在你的正下方，如果你留在軌道上，城市将永遠不會相對于你移動。
太空電梯會由什麼材料制作而成？
請記住，36000公裡（到達地球靜止軌道）是我們需要達到的最低高度，太空電梯才能正常工作。然而，質心需要在地球靜止軌道的高度；任何低于這個高度，系統都會變得不穩定。理想情況下，太空電梯大約有10萬公裡（62000英裡）高。想一想，我們談論的覆寫距離幾乎是到月球距離的三分之一！在這樣的距離下，我們将不得不開始在太空中建造大部分電梯，還需要幾艘大型宇宙飛船和數千名在零重力下建造這座塔的人。
另一種方法是将一個巨大的帶狀卷軸發射到地球靜止軌道上，然後向地球下落，同時将另一個卷軸向上釋放，以抵消引力并留在軌道上。最初的飛船将停留在地球靜止軌道上，并有向兩個方向延伸的長電纜。這個想法看起來就像是直接從科幻小說中走出來的；這種想法所需的工程和材料技術比我們目前所能做到的要先進得多。
太空電梯需要極高的抗拉強度才能抵消将這座10萬公裡的巨型建築往下拉的重力，以及将其向上拉起的配重的離心力和慣性（稍後我們将介紹這一點）。它需要在極端炎熱和寒冷、來自大氣的不可預測的力量和來自外層空間的輻射中保持穩定和功能。最重要的是，它必須在微型隕石和太陽風不斷撞擊它的粒子中幸存下來。一種可以在所有這些要求上打勾的物質真的存在嗎？我們認為碳納米管可能是答案。
碳納米管是納米級别的圓柱形碳結構；我們無法在自然中找到它們，它們也很難制造出來。它們是迄今為止發現的最堅硬和最堅固的物質，它們表現出非常高的抗拉強度，使它們恰恰成為我們太空電梯所需的那種材料。它們也是導電的，是以我們不需要額外鋪設電線來為登山者或電梯供電。
然而，即使擁有巨大的強度，碳納米管電纜在破碎之前也隻能支撐大約5000到7000公裡的自身重量——遠遠低于太空電梯所需的10萬公裡。也就是說，技術的進步才能讓我們達到生産合适的材料或操縱現有材料的階段。
太空升降機還需要在頂部加一個配重。換句話說，電梯必須附着在非常重的東西上，就像它附着在底部的地面上一樣。你建造的電梯越高，這個配重就需要越輕，這樣才能抵消你給電纜本身增加的額外品質。為了確定地球靜止軌道高度以上和高度以下的品質大緻相同，平衡力是必要的；是以，向上拉動系統的離心力等于向下拉動系統的重力。
如果我們建造一個最小高度為35,786公裡的太空電梯，平衡重量将會十分巨大……相當于月球大小的三分之一。要做到這一點，一種方法是捕獲一顆小行星，并将其帶入圍繞行星的軌道，這樣我們就可以建造通往它的電梯。如果人類偉大的工程師在6500萬年前，也許消滅恐龍的小行星可能已經被用來建造太空電梯……
如果你的電梯超過5萬公裡高，電梯的頂端将會以極快的速度在地球上運作，以至于它會達到所謂的逃逸速度——超過這個速度，你就會飛離地球的軌道。在這一點上，你可以簡單地跳出電梯到達月球，盡管你的軌道計算必須令人印象深刻地精确，才能避免漂浮在虛無中。電梯延伸到100，00公裡，如果恒星（或行星）對齊，你就有足夠的速度計劃一次木星之旅。
如果真的這麼難，為什麼要建造太空電梯呢？
所有這些問題似乎都收效甚微。考慮到物質、科學和經濟的限制，建造太空電梯似乎幾乎是不可能的。再者，是否有此需要呢？我們已經能夠把東西送上太空，國際空間站上也有人居住（盡管他們在近地軌道上大約450公裡，而不是10萬公裡）。答案是成本。目前，将一磅（0.45千克）的有效載荷送入繞地球軌道的成本約為1萬美元；星際旅行的成本要高得多。建造太空電梯後，發送相同有效載荷的成本約為90美元，降低了99%的成本。
建造太空電梯将是人類迄今為止最雄心勃勃的計劃。這使得懷特兄弟的成就與之相比顯得微不足道，盡管其意義并不遜色。人類似乎總能找到一種方法，通過其工程能力超越自己。我們一直在尋找要克服的下一個障礙，要克服的下一個挑戰。也許建造太空電梯需要的技術和人力是我們今天做夢也想不到的，但不要忘記，150年前，飛行對人類來說還是一個遙不可及的夢想。從這個角度來看，真的很難說我們離建造10萬公裡的太空電梯有多近！
BY: sciabc
FY: 羅導
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