極客網(wǎng)·極客觀察2月7日 50多年前人類第一次登上月球（姑且相信美國人登月是真的），自此之后，進入太空的人類總數(shù)沒有超過1000人次。曾幾何時NASA幻想著在軌道上建設(shè)龐大城市，可惜，現(xiàn)在人類離這個目標還有很遙遠的距離。太空研究和衛(wèi)星研發(fā)的確讓社會受益，但人類什么時候才能進入“太空時代”呢？這是一個科學家回答不了的問題。
物理學家Bradley Edwards博士認為，火箭將人類送入太空，但火箭也限制了人類向深空前進的步伐。在過去20年里雖然私人太空探索公司飛速發(fā)展，技術(shù)上也有進步，但是用火箭將人類和貨物送入太空還是成本太高，過于昂貴。按照NASA的說法，將貨物送入軌道一磅（453克）載荷需要1萬美元。如何降低成本？Bradley Edwards給出一套方案：太空電梯。
如果你看過正在上映的《流浪地球2》，就會對太空電梯有一些印象。劉慈欣稱，太空電梯在理論上實現(xiàn)沒有任何懸念，最大困難是材料。
Bradley Edwards寫過一本與太空電梯有關(guān)的書，他曾經(jīng)給出一個大膽論斷：“當歷史學家回看從現(xiàn)在算起的未來500年，他們肯定會關(guān)注一個轉(zhuǎn)折點，那就是人類建造太空電梯：它標志著前太空時代和后太空時代的分水嶺?！?/p>
太空電梯的概念很簡單：坐進“電梯汽車”，按下上升鍵，然后就能快速飛到離地表26098英里（約42000公里）的高空。太空電梯沒有使用滑輪，它用的是帶狀線纜，從地表延伸至太空。電梯可上可下，不需要背負沉重的燃料。
不得不承認，太空電梯的概念是革命性的，概念也很簡單，但技術(shù)挑戰(zhàn)卻是巨大的。太空電梯需要強大的材料科技和制造能力作為支撐，投資也極為龐大。
太空電梯可以用太陽能驅(qū)動，電梯內(nèi)不需要裝載燃料。最大的問題是線纜必須足夠“強大”，碳納米管是備選材料，只是人類先要制造足夠長的碳納米管。
就算有了可以使用的線纜，也需要在太空固定，否則線纜會掉下來，太空電梯完全靠離心力支撐。雖然大家討論太空電梯已經(jīng)很多年，但是很遺憾，至今沒有什么材料可以承受如此強的拉力，即使是最強的現(xiàn)代碳纖維聚合物也無法勝任。
有沒有別的辦法？可能有。科學家認為人類可以將太空電梯固定在月球上，吊向地球。兩種設(shè)計最大的不同在于離心力。地球太空電梯會圍著地球自轉(zhuǎn)，每天轉(zhuǎn)一次，月球太空電梯不一樣，它一月轉(zhuǎn)一次，離心力小很多。
太空電梯從月球伸向地球時，因為地球月球都有引力，所以會彼此抵消不少的力量。拉格朗日點可以成為太空電梯的運營中心。如果采用在月球建設(shè)太空電梯的方案，可以使用當前已有的高強度材料，比如Zylon，這樣就能解決材料問題。
Stephen Cohen是一名太空電梯愛好者，去年年底他曾刊文談到自己對太空電梯的設(shè)想。Stephen Cohen認為：太空電梯會比我們想象的來得更早。
現(xiàn)在我們發(fā)射火箭還叫“執(zhí)行太空任務(wù)”，有了太空電梯，前往太空就是“運輸”，去太空成為平常事，不受天氣影響。與火箭相比，太空電梯更安全。未來如果人類的太空電梯技術(shù)足夠先進，可以橋接整個太陽系。
按照Stephen Cohen的設(shè)想，10萬公里長的線纜可以從赤道伸向太空，另一端固定在衛(wèi)星上，整套系統(tǒng)和地球一起轉(zhuǎn)動。這樣的設(shè)計相當于從衛(wèi)星丟一根線纜到赤道，衛(wèi)星會用燃料定期升高。
在引力和離心力的影響下，漫長線纜各處的受力是不同的。在地球同步軌道以下，引力占上風，在軌道之上離心力更強。所以張力會貫穿線纜始終，在地球同步軌道處達到最大。
如果想建設(shè)這樣的太空電梯，材料強度必須比鋼鐵高50倍?，F(xiàn)在的難題還是材料，我們只能慢慢等待。
目前科學家認為有兩種材料可以用來建造太空電梯線纜，除了上面提到的碳納米管，還有一種是石墨烯帶。石墨烯帶有很強的導電性，強度極高，單晶石墨烯片的強度約為鋼鐵的200倍，最高可達130 Gigapascals (GPa) 。
NASA曾經(jīng)對石墨烯帶的用途做過研究，科學家認為，有可能制造出千米級連續(xù)石墨烯纖維。2020年MIT研究人員曾展示一種新技術(shù)，用它可以每分鐘制造出約2米長的石墨烯。
如果中國率先制造出太空電梯，你覺得會帶來怎樣的影響？（小刀）
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