'轨道电梯'是一种电梯，其从行星表面延伸到地球同步轨道以上，并且人们认为，如果实现它，将有可能以比火箭低得多的成本进入太空。接下来将使用数学公式来回答一个问题：“这样的轨道电梯真的实现了吗？”
轨道电梯是连接地球表面和空间的巨大电梯井。如果做到这一点，据说进入太空的成本将大大降低，因为没有必要依靠火箭进入轨道。
建造轨道电梯需要与普通建筑完全不同的材料，普通建筑需要坚固的抗压强度 。
在普通建筑物中，通过增加基础的面积并使其在上升时变薄来解决重量问题。最极端的例子是金字塔。
还例如哈利法塔，世界上最高的摩天大楼。
另一方面，轨道升降机配有称为“配重”的质量巨大的端部部件。由于地球自转，配重受到向外离心力的作用，而轨道升降机的支柱系绳被拉向宇宙，因此它就像地球上的一座建筑物一样，是“最底层的”。没有所谓的“权重”。
为了使轨道电梯保持在稳定的圆形轨道上，必须找到离心力和重力平衡的点，因此首先计算离心力和重力平衡的高度。
下面是计算离心力和重力的图表。’M s’是卫星的质量，'ω（ω）'是角速度，“r”是到地心的距离，“G”是引力常数，“mp”是地球的质量。
关闭两边的“m s”，这种感觉以“r=”的形式出现。
这个问题的答案是“大约36000公里”，这是通过将这个值代入这个公式，并从“42168公里”中减去地球半径得到的。
由于不可能建造一个距离地面约36000公里高的结构，因此设计了一种轨道电梯建造方法，将系绳从一颗巨大的卫星延伸到地球表面。
但是，如果将系绳延伸到地球表面，重心将移动，卫星将下落。因此，有必要通过在系绳的另一侧安装配重来延长系绳，同时保持重心的位置。
当你接近地球时，重力增加，离心力减弱，所以延伸到地球表面的系绳对地球表面施加了强大的力。另一方面，当你靠近宇宙时，重力减弱，离心力增加，因此向宇宙延伸的系绳对宇宙施加强大的力。结果，延伸到地球表面的系绳的中心点和延伸到宇宙的系绳将以非常强大的力被拉动。
系绳接收到的力可以通过以下公式计算。“G”是引力常数，“M”是地球的质量，“ρ（low）”是系绳材料的密度，“R”是地球的半径，“R”是地球的半径。'Rg' 是地球同步轨道 .
让我们计算一下什么样的材料可以承受这种力。作为测试，假设系绳完全由钢制成，将钢的密度（每立方米7900千克）替换为“ρ”......
最大拉伸应力为382千兆帕斯卡。这是钢的240倍强度。
然而，密度越低，所需的拉伸应力就越小。此外，系绳可以变得更薄，因为它在地球表面附近或配重附近几乎没有施加任何力。
因此，我们假设最薄的部分是5 mm。
接下来，让我们计算最厚部分的直径。如果使用钢，最厚部分的直径为1.76 x 10的54次方米。由于已知的宇宙大小为8.8 x 10 的26次方米，因此结果是理论上需要比宇宙厚得多的钢。这意味着不可能用钢建造轨道电梯。
据计算，厚度碳纤维复合材料为170米，芳纶纤维为80米，但制造厚度为80米的凯夫拉纤维是不现实的。
如果你试图做到这一点，成本将超过轨道电梯的好处。
因此，“轨道电梯可行吗？”这个问题的答案是“目前没有材料可以制造”。
但这可能不是永远不可能的。建造轨道电梯的最有前途的材料之一是碳纳米管 .
碳纳米管的强度令人震惊，一项研究表明，最大拉伸应力高达130千兆帕斯卡，密度仅为每立方米1300千克。
然而，碳纳米管的实际应用存在许多工程挑战。
在未来科学家将探索轨道电梯的其他问题，例如碳纳米管制造面临的挑战以及如何处理系绳振动和气候等等。