《流浪地球2》中的太空电梯能实现吗？

极客网·极客观察2月7日 50多年前人类第一次登上月球（姑且相信美国人登月是真的），自此之后，进入太空的人类总数没有超过1000人次。曾几何时NASA幻想着在轨道上建设庞大城市，可惜，现在人类离这个目标还有很遥远的距离。太空研究和卫星研发的确让社会受益，但人类什么时候才能进入“太空时代”呢？这是一个科学家回答不了的问题。

物理学家Bradley Edwards博士认为，火箭将人类送入太空，但火箭也限制了人类向深空前进的步伐。在过去20年里虽然私人太空探索公司飞速发展，技术上也有进步，但是用火箭将人类和货物送入太空还是成本太高，过于昂贵。按照NASA的说法，将货物送入轨道一磅（453克）载荷需要1万美元。如何降低成本？Bradley Edwards给出一套方案：太空电梯。

如果你看过正在上映的《流浪地球2》，就会对太空电梯有一些印象。刘慈欣称，太空电梯在理论上实现没有任何悬念，最大困难是材料。

Bradley Edwards写过一本与太空电梯有关的书，他曾经给出一个大胆论断：“当历史学家回看从现在算起的未来500年，他们肯定会关注一个转折点，那就是人类建造太空电梯：它标志着前太空时代和后太空时代的分水岭。”

太空电梯的概念很简单：坐进“电梯汽车”，按下上升键，然后就能快速飞到离地表26098英里（约42000公里）的高空。太空电梯没有使用滑轮，它用的是带状线缆，从地表延伸至太空。电梯可上可下，不需要背负沉重的燃料。

不得不承认，太空电梯的概念是革命性的，概念也很简单，但技术挑战却是巨大的。太空电梯需要强大的材料科技和制造能力作为支撑，投资也极为庞大。

太空电梯可以用太阳能驱动，电梯内不需要装载燃料。最大的问题是线缆必须足够“强大”，碳纳米管是备选材料，只是人类先要制造足够长的碳纳米管。

就算有了可以使用的线缆，也需要在太空固定，否则线缆会掉下来，太空电梯完全靠离心力支撑。虽然大家讨论太空电梯已经很多年，但是很遗憾，至今没有什么材料可以承受如此强的拉力，即使是最强的现代碳纤维聚合物也无法胜任。

有没有别的办法？可能有。科学家认为人类可以将太空电梯固定在月球上，吊向地球。两种设计最大的不同在于离心力。地球太空电梯会围着地球自转，每天转一次，月球太空电梯不一样，它一月转一次，离心力小很多。

太空电梯从月球伸向地球时，因为地球月球都有引力，所以会彼此抵消不少的力量。拉格朗日点可以成为太空电梯的运营中心。如果采用在月球建设太空电梯的方案，可以使用当前已有的高强度材料，比如Zylon，这样就能解决材料问题。

Stephen Cohen是一名太空电梯爱好者，去年年底他曾刊文谈到自己对太空电梯的设想。Stephen Cohen认为：太空电梯会比我们想象的来得更早。

现在我们发射火箭还叫“执行太空任务”，有了太空电梯，前往太空就是“运输”，去太空成为平常事，不受天气影响。与火箭相比，太空电梯更安全。未来如果人类的太空电梯技术足够先进，可以桥接整个太阳系。

按照Stephen Cohen的设想，10万公里长的线缆可以从赤道伸向太空，另一端固定在卫星上，整套系统和地球一起转动。这样的设计相当于从卫星丢一根线缆到赤道，卫星会用燃料定期升高。

在引力和离心力的影响下，漫长线缆各处的受力是不同的。在地球同步轨道以下，引力占上风，在轨道之上离心力更强。所以张力会贯穿线缆始终，在地球同步轨道处达到最大。

如果想建设这样的太空电梯，材料强度必须比钢铁高50倍。现在的难题还是材料，我们只能慢慢等待。

目前科学家认为有两种材料可以用来建造太空电梯线缆，除了上面提到的碳纳米管，还有一种是石墨烯带。石墨烯带有很强的导电性，强度极高，单晶石墨烯片的强度约为钢铁的200倍，最高可达130 Gigapascals (GPa) 。

NASA曾经对石墨烯带的用途做过研究，科学家认为，有可能制造出千米级连续石墨烯纤维。2020年MIT研究人员曾展示一种新技术，用它可以每分钟制造出约2米长的石墨烯。

如果中国率先制造出太空电梯，你觉得会带来怎样的影响？（小刀）

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