太空电梯难度有多大?
非常大!
太空电梯的材料要求非常高,现在并没有合适的材料。
太空电梯基本的想法是从太空垂下来的“绳子”,通过合适的配重让整个电梯的重心在对应的星球的同步轨道上,比如在地球上建造的话,需要让电梯的重心处在地面之上大约三万六千千米的地方。
这样绳子是在引力的作用下垂下来的,所以绳子上受到的力就是引力,在引力作用下运动。然而地球是旋转的,我们站在地面上看太空电梯的行为其实十一个非惯性系,这个可能会有潜在的问题,下面会提到。
技术上主要有几个问题:
材料强度
弦振动
载人或载物舱的运动
这里面材料强度的问题是最大的问题了。我们电梯的绳子是在引力作用下运动的,如果仅仅要求绳子不会在自身重力作用下断掉,那么我们用最优化的方法来建造绳子,也就是下面细上面粗,因为上面的绳子需要承担下面所有绳子自身的重量,这样的话,我们假定要求承载100吨,那么所需要的响应的材料的质量:
钢材:大于整个宇宙的质量;(因为钢材在1G的重力下面会被自身拉断,如果是上下均匀的钢材,1G重力下最长只能11.3km,而即便是这种上粗下细的设计,地面上1cm,到了上端也有cm 才能保证不被自己拉断,这个计算现在显然已经不正确了,因为现在钢材自身的引力已经太大了,不能只考虑地球引力,不过可以看看这个硬算的结果,体味一下。)
凯夫拉纤维:月球质量的 1%;
碳纳米管:十四万吨;(按照碳纳米管的最理想情况来计算)
这样看起来我们用碳纳米管来建造就好了啊,因为看起来这个像是可以实现的。可是可是,这只是按照碳纳米管的理想情况来计算的,我们现在还不能制造特别长的碳纳米管,更别说是制造多少千米的碳纳米管了。
所以材料问题,现在是没法解决的。
延伸阅读
为什么要建太空电梯?
从经济的角度来看,太空电梯确实可以从根本上降低将货物送入太空的成本。各种计算表明,每公斤有效载荷将以数十美元,最多数百美元为单位。这比使用化学燃料的现代火箭少很多倍。所以,看起来,好处是显而易见的。
太空电梯什么时候实现?
2050年。根据大林组的计划,太空电梯梦想有望在2050年成为现实。
2012年2月,拥有130年历史、尤其擅长建高塔的日本建筑公司大林组,宣布以100亿美元(远少于国际空间站或航天飞机计划的投资)建设空间电梯,时速200公里,单程需要7天,预计2050年落成,将太空电梯变为现实。
太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备。
太空电梯为啥会坠落?
太空电梯是一个高度不稳定的结构,电梯和缆绳的自重会把空间站拉下来的。需要一个巨大的平衡体在更高的高度产生足够的离心力把它拉住。各国严肃的太空电梯设计都需要在5到10万公里的高度设计一个几万吨重的平衡体。
2,空间站其实在3.6万公里的同步轨道上,从这里进入地球轨道需要的能量最小。如果炸断了上面的缆绳,平衡体会飞出去,空间站会很快被缆绳的重量拉下来。当然不会像电影里这么快。
三体太空电梯谁想出来的?
最早提出太空电梯的是齐奥尔科夫斯基。
他受到埃菲尔铁塔的启发,想要建一座塔上太空,但是要修到地球同步轨道的高度还保持稳定,底座需要一个大国的面积,因此用压力结构去建造太空电梯是不现实的。
那么用拉力结构呢?比如从地球同步卫星上(或其他配重)垂下一条绳子,锚定在地球表面,构成一个张力轨道,电梯沿轨道上升。可以,但这要求绳子又轻又结实。
小说《三体》里用纳米材料“飞刃”实现了这一构想,现实中也存在类似的材料——碳纳米管,且碳纳米管具有导电性能,可以利用电磁炮的原理给电梯加速。不过目前为止,人类只能制造出非常小的纳米管。如果有一天人类可以制造出足够长的、足够便宜的碳纳米管,并且实现可控核聚变来发电,用电驱动的太空电梯将是人类走向太空的第一步。
太空电梯是怎么拍的?
太空电梯由前期拍摄和后期特效两部分完成。
前期拍摄分为太空电梯座椅的坐厢里面、轿厢的底部、顶部拍摄这三大部分。太空电梯前后拍摄耗时2个月。拍摄难度在于太空电梯是在一个升空状态中,所以有急速升空的状态,稳定状态下搞笑的部分、在太空的打斗等等,整个拍摄的过程是非常复杂的。张麟科回忆:“太空电梯光影造型是有整体设计的。有几个升空过程,在地面时、在飞行里、在云层里、大气层外、从太空掉下来着火等场景都不同,它有很多光影结构。光影存在多重变化,所以我们预先做了很多层光线的准备,每拍一个不同的层次,我们就做不同的切换,这个过程会比较复杂。”
人类能实现太空电梯吗?
人类可能无法实现太空电梯
因为做太空电梯要用坚固的材料,从下往上建造,直到建设到几十甚至几百公里高。如果要建设这样的设备,设施底部可能需要较大的面积,并且材料是关键,不仅要承受自身强大的压力,还必须能抵抗气流的影响,避免因材料疲劳最终折断。
所以技术上非常困难,很难实现