三體章北海傳:太空電梯是什麼原理?現實中有這樣的技術嗎?

2020-09-24 萌娘ACG研究所

在三體中,太空電梯是人類走出地球進入太空最重要的一步。因為火箭的研發周期長,運載能力低,最重要的是更消耗資源,也就是更貴。所以很多科幻小說中都有提到太空電梯,太空電梯可以讓人類更容易進入太空,才可以更簡單的對太空開發。

三體中的太空電梯和其他電梯的想法也是類似的,所以太空電梯是什麼原理?

太空電梯在地球的起點必然是在赤道上,因為太空電梯是利用地球同步軌道上的衛星的運動和地球的自轉速度相同,所以從地球上看起來,同步衛星是靜止在太空中的,這種相對靜止的關係是太空電梯的一個重點。

而這種同步軌道必然是在赤道正上方,首先因為衛星的圍繞中心點都是地心,包括橢圓圍繞的衛星,那也是以地心為一個橢圓圓心(橢圓有兩個圓心)運轉的,而地球有自轉方向,想要相對靜止,就必須在赤道上建立太空電梯的基地。同步軌道這種相對靜止性也是太空電梯理論的來源。

大致的原理已經了解,主要的難點有哪些?電梯最重要的就是纜繩,所以高強度的纜繩是太空電梯的一個關鍵。金屬的纜繩是不顯示的,不僅是因為強度不夠,很重要的是金屬本身的重量就足夠壓垮自己,不能像建樓一樣建到同步軌道。所以需要一種比較輕而且高強度的材料,目前比較理想的是納米碳管,它是被認為是未來的超級纖維,但是目前無法量產。它是非常理想的材料,可光靠纜繩是不夠的,需要其它的配套設施。很多人會說纜繩是會晃動的,事實上混凝土的大樓也會晃動,沒有絕對的剛體(剛體指不會產生形變的理想物體)。

所以需要在同步軌道上建立合適配重,利用地球自轉,讓纜繩繃直,並且可以緩解纜繩自身重量對自己的壓力。除這些外還需要很多防護措施,比如防止太空垃圾的撞擊,以及太陽風的襲擊,這些都是難點。

太空電梯不一定是最先進的進入太空的方式,但是人類必然會經過這一步,就像嬰兒爬出自己的嬰兒床,成人看起來很滑稽,但是對孩子來說,是非常大的進步。

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