造個太空電梯能上天嗎?

2021-02-25 網際網路扒叔

55年前的4月

尤裡·加加林乘坐東方1號宇宙飛船起飛

在301千米高的近地軌道繞地球一周

完成人類歷史上首次載人太空飛行


47年前的7月

阿波羅11號載人飛船載著飛往月球

阿姆斯特朗與奧爾德林成功登月

邁出了人類的一大步


半個世紀過去了,人類進入太空的方式並沒有太大突破,還是使用載人火箭或宇宙飛船運輸,動輒上億美元的發射費用,讓太空旅行距離普通人的生活非常遙遠。


我們希望探索太空能夠變得簡單廉價,每個人都有機會從月亮的角度看看地球,現實的狀況是如果你想進入太空,只有兩條路,要麼成為萬裡挑一的太空人,要麼成為百萬富豪。

如果有一天,上天變得像上樓一樣簡單,普通人的太空之旅才算正式開始。為了達到這一目標,科學家做出了大膽的設想,既然上樓可以坐電梯,為什麼上天不能坐電梯?


太空電梯的原理

從理論上來說,太空電梯是可行的,而且比火箭和宇宙飛船更節能。

小孩拿著一個細繩,一端拴著重物,以手為軸心甩動繞圈,在靠近手心的一端繩子上有一隻螞蟻,在樹甩動的過程中不停地向重物的一端爬,當螞蟻達到那一端後,既達到了一定的高度,又擁有了轉動的速度。


這就是太空電梯的原理,發射火箭的推動力包括兩個方向,一個是垂直上升,一個是與地球表面平行的橫向加速,太空電梯就像繩子上的螞蟻,手部的軸心就像自轉的地球,只要順著軌道往高處爬升,達到頂端時藉助地球的自轉,就擁有了平行地表的轉動速度,比火箭節省了一個橫向的推動力。


| 太空電梯的構造

太空電梯主要包括四個結構,地表基座、線纜軌道、太空艙、升降艙。

升降的方式和普通的電梯類似,基座位於地球表面,穩固線纜的部分在地表之下,最頂層是電梯的出入口,太空艙是漂浮在近地軌道上的飛行器,線纜軌道連接基座和太空艙,升降艙是運載人和貨物的空間。


最大的挑戰是線纜軌道

建造線纜軌道需要重量強、廉價、堅韌的材料,硬度比目前可造出來的材料都要更強,石墨烯和納米鑽石線是比較有前途的兩種材料,但強度仍然不夠,線纜需要承受大氣腐蝕、輻射、隕石的撞擊。


太空電梯將是人類歷史上體量最大、建造難度最高的單體建築,任何一次線纜的斷裂都可能給人類或者太空帶來難以彌補的傷害,所以建造過程必須一次成功。

在材料和建造技術都還不成熟時,月球可以成為建造太空電梯的試驗場,月球的重力更小,降低了材料強度的要求,防彈纖維就能夠應用在月球太空電梯的建造中,還可以在小行星採礦來獲取能源。

太空電梯能夠帶來多少收益?

建造太空電梯的成本很高,但是帶來的收益更高。

按照目前的太空運輸成本計算,送1公斤的物品上太空需要2萬美元,送一個人上太空需要130萬美元,送一輛車上太空需要4000萬美元,建立國際空間站需要數十億美元。


使用太空電梯後運輸成本能夠降低99%,運送1公斤物品僅需200美元。

假設建造一個太空電梯需要200億美元,只要完成100噸物品的運送就可以收回成本,相當於把兩個國際空間站送上太空。


無論人類能不能造出太空電梯,都能夠在研究和嘗試的過程中學到很多。


探索太空的路上

偉大的夢想永遠都不多

相關焦點

  • 太空電梯了解一下
    但是對於絕大多數的普通大眾來說,今天太空仍舊是個只能抬頭仰望的地方,原因無二,高昂的火箭發射成本使得上天這件事只能被用於科學研究或者是成為少數富人的玩物
  • 太空電梯會是太空旅行的未來嗎?
    【太空電梯】利用火箭進入太空是非常昂貴的一個途徑。根據NASA的一份報告指出,在2018年他們要向俄羅斯付約$4.9億才能把六個太空人送上太空,也就是$8200萬一個席位。科幻小說家克拉克在《天堂的噴泉》一書中也提到了主人公修建了一座太空電梯,更是激發了人們對太空電梯的極大興趣。2002年,NASA的Brad Edwards鼓勵同僚重新思考現代版的太空電梯。Brad Edwards在報告中指出,一個可行的太空電梯應當包括四個部分:纜繩、錨、平衡錘和升降機。電梯部分由耐用的纜繩和機械升降機組成,從地面一直延伸到太空中。
  • 太空電梯到底可不可行?
    據此,中國太空軍規劃出萬噸級太空戰艦的三個技術層次,如下表所示:技術層次 最高速度(公裡/秒) 作戰半徑 生態循環能力低技術層次 800 海王星軌道內 無中技術層次 4800 柯依伯帶以外 部分循環高技術層次 16000(光速5%) 奧爾特星雲附近 完全循環為保證太空戰艦擁有足夠的推力和續航動力,戰艦上只能配備人類掌握的最高密度能量——核聚變能。
  • 太空電梯可能實現嗎?
    我完整地閱讀過這本小說,說實話是硬著頭皮啃下來的,因為實在不太像是小說,倒像是一本工程師寫的操作指南,克拉克幾乎就是在用寫論文的方式完整地講述了如何從無到有建造一座太空電梯。我的天哪,我從來沒看過那本科幻小說能把工程細節描寫到這個程度的。在成名的科幻小說作家中,歷史上恐怕也只有阿瑟·克拉克能做到。
  • 大膽到令人髮指的太空電梯 人類能製造出來嗎?
    那麼,最理想的答案就是太空電梯——一個巨大的「傑克和魔豆」似的建築物——連接太空與大地。然而建造太空電梯所要面對很多目前仍無法解決的問題:技術難題、後勤保障不足、政治交流障礙等等,都使得太空電梯計劃更加遙遙無期。
  • 通往太空的電梯什麼時候能建?
    只要是稍高一點的樓層都會安裝電梯,電梯在城市中隨處可見,節省了我們上下樓梯的時間和體力。隨著人們對太空探索需求的加大,我們經常使用運載火箭。不過,運載火箭的花銷巨大,費時費力。如果在太空建造一個電梯,就會方便得多了,而且太空電梯不僅可以運輸貨物,說不定還可以帶人類去太空觀光。
  • 將人類精子送上太空,「上天造人」真的可以實現嗎?
    實驗的相關論文正在接受同行評審,這也是該領域發布的首個實驗結果。「在太空中進行人類生殖,我們的研究處於該領域的前沿。」參與研究的加泰隆尼亞理工大學教授Antoni Perez-Poch說道。事實上,將精子送入太空的構想並不是西班牙科學家的首創。
  • 上萬公裡的太空電梯,能不能圓了普通人的「上天夢」?
    也就是說,從太空旅遊和運送物資進行科學研究這兩個方面來說,太空電梯還是能起到相當重要的作用的。但在這裡,我們需要正視一個問題:太空電梯運輸成本真的很便宜?科學家們談到太空電梯的時候,能大幅度降低太空運送成本是其常常掛在嘴邊的一句話。
  • 太空電梯?別笑,科學家一直在認真思考這個問題
    你咋不上天呢?套用文言文說:閣下何不乘電梯,扶搖直上九萬裡?不過,既然是航天專家提出的理論,那就不一樣了,人家肯定是有根據的。因此,這個想法一直到現在,仍然是科學家們思考的問題:我們是否真的可以實現坐電梯上太空?
  • 太空電梯你敢乘坐嗎?
    2012年美國航天局前工程師麥可-萊恩創辦的電梯港集團公司宣稱這一技術取得了突破性的進展,聲稱這套太空電梯系統可以在8年內實現 ,公司計劃首先利用纜繩測試該系統,然後再推出月球系統。不僅將地球與太空站連接起來,還要將太空站與月球連接起來。
  • 太空夢或將實現?日本近期將進行「太空電梯」實驗
    我相信很多人在孩子時期有同樣的夢想,希望有一天能有一架梯子爬上月球。當我們長大後,我們意識到這些只是我們無法實現的童年幻想。然而,日本的一個研發團隊決定讓不可能的太空電梯成為現實。「太空電梯」的概念最早是由俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧科夫斯基於1895年提出的,但由於技術和物質方面的原因,它總是被概念化,這使得太空電梯計劃一直被擱淺。太空電梯只出現在一些科幻小說中。但現在,日本重新啟動了其很快被遺忘的太空電梯計劃。日本靜岡大學的研究人員開發了一種用於測試的小型電梯,它長6釐米,寬3釐米,高3釐米。
  • 「站」著上太空?說出來你可能不信,日本將進行首次太空電梯試驗
    小編平時喜歡看一些小說,有一次在一本科幻小說中讀到人們進入太空不僅採用飛船這一種方法,還可以採用令一種方法,乘坐一種類似於電梯的的東西,可以讓人站在這上邊,平穩地脫離地球前往太空,令人不禁遐想這種電梯,以我們現在的科技水平要多久才能成為現實,我們是不是可以在有生之年也能夠乘坐這種電梯,站在地球之外眺望這無盡的宇宙太空呢。
  • 人類的「通天塔」,太空電梯將如何工作?
    一旦科學家們能夠將碳納米管制成纖維,就有可能製造出用於製作太空電梯纜帶的線。以前可用的材料不是強度不足就是柔韌度不夠,無法製成纜帶,而且很容易斷裂。 LiftPort集團研究總監湯姆·紐金特(Tom Nugent)說:「它們的彈性模量非常高,抗拉強度也非常高,這一切都說明,這種材料理論上應該能使太空電梯的建造相對容易一些。」。
  • 《三體》航天考:太空電梯無工質推進終極曲率驅動
    ,戰艦上只能配備人類掌握的最高密度能量——核聚變能。這是因為三體人擔心地球人從這種材料入手,造出太空電梯,進而發展出太空防禦系統,影響三體人的殖民地球計劃。大劉進一步描述道:天梯三號的終點站是「車輪形狀的(黃河)空間站……位於電梯終點上方三百公裡處,是作為電梯的平衡配重物建造的。」(《三體II》第226頁)太空電梯為何要有平衡配重物呢?這是因為細長物體承受拉力的本領比承受壓力的本領大得多。
  • 太空電梯原理並不複雜,為什麼至今還沒造出來?因為卡在了材料上
    最近在網絡上看到一個吹牛段子:某人說他承接了一個項目,要在珠穆朗瑪峰上安電梯,太厲害了。不過,與下面我們要說的太空電梯相比,他那個是小兒科了。太空電梯,顧名思義就是連接地面和太空非常高的電梯,乘坐這個電梯,&34;的一聲可到達太空,比坐宇宙飛船成本更低,更安全。
  • 「成都造」衛星又上天了,這次是「科幻世界號」
    「成都造」衛星又上天了,這次是「科幻世界號」 2019-12-21 17:29 來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 科學家正在研究"太空電梯",今後普通人也能去太空了
    最近從各大媒體渠道流出來這麼一則消息,就是日本某公司正在研製&34;,計劃在2050年將遊客送到太空。所謂&34;,顧名思義就是類似於普通電梯的一種通往太空的設備他們計劃利用強度是鋼鐵的20倍以上的碳納米管技術,設計出一種超高強度的線纜,讓地面跟3.6萬公裡之外的一座太空站相連,這樣就可以將地面上的旅客直接通過乘坐電梯的方式運送到空間站。
  • 嫦娥也能搭電梯!劍橋、哥大研究生欲造32萬公裡的登月電梯
    現在,哈佛和哥倫比亞大學的幾位研究生好好算了一下,結果發現,「太空電梯」在技術上和經濟上都是划算的,這部新型電梯實際上就是一條長達32萬公裡的電纜!自60多年前的太空黎明到來之後,人類目前只有一種方法可以登上月球:火箭。但是現在,兩位研究生表示,我們現在應該能夠通過一種高科技電梯,在地球和月球之間運送人類和貨物。太空電梯的想法並不新鮮。
  • 太空電梯,美好的幻想?人類的未來?
    所以為了能進入繞地軌道,火箭既要能很快地向上飛,也要能很快的橫向飛行。與之相對的是,太空電梯能借著地球自轉的能量得到很快的運動速度。想像一個孩子正在甩著用繩子連著的玩具,同時在他的手上有一隻螞蟻,隨著這隻螞蟻沿著繩子向上爬,它橫向移動的速度也隨著它上升,越來越快。相比於火箭,使用太空電梯運送貨物,你只需要提供向上的能量,橫向運動的能量地球自轉將會直接提供給你。
  • 2050年太空電梯實現了你敢乘坐嗎?
    上個世紀70年代,俄羅斯著名學者齊奧爾科夫斯基,提出一個設想,在地球靜止軌道上建設一個太空站,和地面用一根纜繩連接起來,這樣向太空運輸人和物資就再也不需要發射複雜的火箭了。2012年美國航天局前工程師麥可-萊恩創辦的電梯港集團公司宣稱這一技術取得了突破性的進展,聲稱這套太空電梯系統可以在8年內實現 ,公司計劃首先利用纜繩測試該系統,然後再推出月球系統。不僅將地球與太空站連接起來,還要將太空站與月球連接起來。