太空电梯建造难度有多大（太空电梯可行吗）

可以替代火箭的太空电梯，真的能被制造出来吗？

随着人类的冒险之旅逐渐延伸到太空中，就有了把我们所需的物资送入太空的挑战。长期使用火箭是不切实际的，火箭可怕的燃料需求量让旅程变得昂贵。并且作为一次性的运输工具火箭很不“环保”。那么，最理想的答案就是太空电梯——一个巨大的“杰克和魔豆”似的建筑物——连接太空与大地。

然而建造太空电梯所要面对很多目前仍无法解决的问题：技术难题、后勤保障不足、政治交流障碍等等，都使得太空电梯计划更加遥遥无期。

太空电梯的设想由此而来：建造一条从地球表面延伸到地球同步轨道长达22000英里(35400公里)的电缆。一旦架设稳定，激光驱动的缆车将登上电梯，把货物运送进太空。

不得不说这是一个惊艳的设计方案。但一些专家学者也指出了其中一些必须要解决的难题。

难题#1：现有材料的强度不够

这是最大的一个问题，也是一个无法跳过的问题。

Keith Henson

,一位研究太空殖民和相关航天工程近40年科学家、工程师，同时也是美国国家空间协会的创始人之一，在早前一次访谈时他表示并不看好太空电梯计划。

“就已知的导电材料而言，没有足够的抗拉强度和足够小的密度。目前暂时还不存在能满足这些条件的材料，纳米碳管也不行。”事实上，纳米碳管是最有可能成就太空电梯的材料。毋庸置疑纳米碳管是一种已经被近乎神话的材料。纳米碳管中由碳原子之间形成的sp2键赋予其卓越的强度和硬度。但能用于实际的材料强度只有理论值的2/3，同时当碳碳键被装载到这样一个极端的程度时，纳米碳管中的六角键就会转变成不稳定的5至7角键。这是一个巨大的安全隐患。(这可不如丝袜跳线那么平常普通。)

一个很大的忧虑是，当应变很大时，纳米碳管建造的电缆可能会崩溃。根据一些初步建立的模型，电缆将承受的应变能大于十万kN/(kg/cm3)。这需要材料有非常大的比强度(拉伸强度/密度)。而有学者认为，即使使用纳米技术也制造不出这样的高强材料——最起码现在的技术水平还不允许。氮化硼也是一个呼声很高的候选者，但目前没有人能做出碳纳米管氮化硼材料，所以它仅仅是理论上看似能做出的材料。

最后，谐波振动可能造成另一个问题(电缆具有固有的共振频率)。如果由攀登平台造成的振动动能能量超过最大限度，那么必须增加一个润滑系统来补偿。这使得整个系统变得越来越笨重，设计方案也会变得更复杂。

难题#3：缆车会引起更多的摆动

缆车自身带来了一个问题：摇晃。由于科里奥力(简称：科氏力)从而影响旋转系统中的对象——缆车和电缆被强制向地球自转方向反方向运动。

根据加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的机械工程师 Arun Misra和Stephen

Cohen的说法，在MAD空间，科氏力会拉动电缆远离其垂直静止位置，导致它像钟摆一样来回摆动。这样的结果是：即使由很小的摆动也会引起偏差，从而致使在最终点和预定轨道相去甚远。电缆的摆动也会使缆车运行的速度忽高忽低。工程师解释：“这可能导致缆车水平偏离轨道几十或者几千米，在垂直轨道上过高或过低。

太空电梯的构想是怎样的？真的能成功建造吗？

太空电梯最早的时候只是科幻片里面的一个东西，后来虽然被提出了一定的理论，但是你目前的科学技术还造不出来，因为什么根据高层上面的电梯就做出一个设想，太空到我们的位置是固定的，为什么不能沿线造这样一个高速的电梯来作为沟通的渠道呢？

目前来说还造不出来，因为现在地球到月球或者到其他星球，这个距离太遥远了，以正常的航空发动机推进都需要相当长一段时间，因为距离的不同有所不同，不过以现在普通电梯的速度就算是提高10倍百倍，也很难在几个小时之内到达月球，距离太远了，那这个电梯就没有意义了，如果说做这样一个太空电梯，要经过几个月的时间才能到月球，不受安全性的问题，就这个时间大家也是损耗不起的。

现在我们探索外太空很重要的一个限制条件就是速度，我们的动力系统不够强大，不够强大，到让我们可以很短时间之内到达遥远的一个地方的那种程度，比如我们现在到月球，因为距离比较近，探索的比较早，基本就没有什么大的难度了，除了一些资源上的消耗，但是要是探索火星之类的距离，地球非常遥远的，因为我们现在推进的速度要几个月的时间来，就说半年的时间，这个时间就有点不值得了，而且这其中到底会发生什么样的风险我们还不得知。

太空电梯是一种不错的设想，相信有了这种设想，有了这个发展的方向之后，可能最终出来的成品不会如大家所想象的那样的形象，但是他的目的应该是差不多的，所以我们相信科技在过去几百年还是说更长的时间，我们一定能够造出一个固定的渠道，成本很低的，安全性足够高的，让我们从地球很方便的到达其他的星球。

建造太空电梯的难度有哪些

太空电梯比现在世界上最高的建筑哈利法塔高4万倍。事实上，这种比较有些荒谬，因为这样的差距意味着人类的建造方法几乎完全不同。哈利法塔的施工经验对空间电梯的施工几乎没有参考价值。首先，这种电梯的材料不能像哈利法塔那样是钢筋混凝土，甚至连钢都不行。它们太“脆弱”。尤其是电缆，甚至钢筋，都不能胜任。即使同步卫星有一根3万多米长的电缆与地面相连，它也会在没有任何负载的情况下被自身重力撕裂。目前，科学家更喜欢碳纳米管。然而，碳纳米管并不能像预期的那样使用。另外，如果电梯建成了，应该用什么动力来提升它？一般来说，目前科学家有三种选择：一是采用现代电梯模式；二是采用火箭模式点火助推。

三是发射激光“射”电梯。这些模型都有自己的缺点，由于空间的限制，我们不会介绍它们。简言之，科学家也需要面对许多动机方面的问题。即使它建成了，科学家也无法放松警惕。因为他们仍然面临一个重大威胁：太空垃圾。不久前，欧洲航天局（ESA）给出了一个数字：目前最多只能跟踪23300块空间碎片，还有无数块尚未找到。它们以极高的速度绕着地球旋转。因此，如果有小碎片撞上电梯，恐怕后果不堪设想。

因此，要么我们应该先想办法清除太空垃圾，要么我们应该提高电梯的稳定性。接下来是配重问题。如果你经常使用购物中心的观光电梯，你会发现汽车后面有一个巨大的金属板，那就是配重。对于电梯来说，仅仅依靠电力频繁升降所消耗的能量也是非常大的。为此，电梯设计师非常巧妙地增加了一个配重。

电梯上行时，利用对重的重量绕过天车，为轿厢提供自由提升力，可大大降低纯电力牵引所消耗的能量和磨损。一般来说，配重的重量相当于汽车满载重量的一半。对于空间更高的电梯，这个问题更为突出。科学家们非常聪明，他们提出了一些建议：空间站可以运输地球上的垃圾或科学样本作为配重的一部分。另外，空间电梯的配重不是纯金属的，可以用太阳能电池代替，这样可以节省空间，起到配重的作用。

太空电梯原理并不复杂，为啥至今还没被造出来？

在网络上看到一个吹牛段子：某人说他承接了一个项目，要在珠穆朗玛峰上安电梯，太厉害了。不过，与下面我们要说的太空电梯相比，他那个是小儿科了。太空电梯，顾名思义就是连接地面和太空非常高的电梯，乘坐这个电梯，"嗖"的一声可到达太空，比坐宇宙飞船成本更低，更安全。

最早提出太空电梯设想的是宇宙航行之父，俄罗斯著名航空航天学家齐奥尔科夫斯基，你可能不熟悉这个人，但你一定知道他的名言：地球是人类的摇篮，但人类不会永远留在摇篮里。齐奥尔科夫斯基从小是个聋人，从来没有上过学，所有的知识也都是自学的，后来他成为数学和物理老师，在课余时间，他研究了很多物理课题，火箭设计领域著名的齐奥尔科夫斯基公式就是以他名字命名的，他首先提出利用反推作用力制造火箭，并算出了第一宇宙速度，设计了喷气式火箭的模型。他在1895年去参观法国埃菲尔铁塔时，产生了宇宙电梯的概念。

太空电梯怎么造？是不是在地球表面建一个高耸入云、直达太空的高塔再安上电梯，这岂不是太费劲了？非也，其实不用这么麻烦。先从地球同步轨道说起，赤道的上空有一个同步轨道，卫星发射到这里后可跟着地球同步运动，从地面看来它静止不动，为什么会静止不动？是因为地球有吸引力，以及地球自转时将物体甩出去的离心力，当卫星飞到地球上空某一高度时，既受到引力把它拉回地面，又受到离心力把它甩向太空，当这两个力相等的时候，卫星既飞不出去也不掉落到地面，这就是地球同步轨道，距离地面3.6万公里。

同理，假如把一根足够长的绳子从地面伸向太空，当它高度低于在同步轨道时，绳子受到地球引力会落回地面，如果继续向上伸，超过同步轨道高度后，受离心力的作用会把它往上拉，当引力和离心力相等时，这根绳子就会稳稳当当地笔直向上立着不倒且不用支撑，因为有两个力分别在两头紧紧地拉住了它，此时，我们就可以依靠这根绳子安装太空电梯了，由此可见，太空电梯的原理并不复杂。

现在来说它结构，太空电梯只能建在地球赤道上，因为只有在赤道上它的离心力和引力方向才完全相反。假如我们在赤道上立了一个太空电梯，它的高度必须高过同步轨道，因为只有高过同步轨道，引力和离心力才达到平衡。电梯可以在同步轨道即3.6万公里处设一个站点，在这里可以体验失重的感觉，还要在地面上建一个基座将其固定起来，同时，要在电梯的上端加一块配重。

太空电梯原理并不复杂，为什么至今还没造出来呢？

为什么要加配重？是因为要减少电梯的高度。回到刚才那根绳子的问题，根据计算，要使引力和离心力达到平衡状态，这根绳子必须笔直向上伸10万公里，而我们的电梯没必要建10万公里这么高，所以要在绳索（电梯）上端加一个大铁块，根据离心力公式，上端质量增加后，相应地缩短其长度也可达到平衡状态。

太空电梯如何供电呢？要实现数万公里的远程输电，可采取无线传输的方式，其实它消耗的电量并不是很大，开始启动的时候用电，到达一定速度后就可以利用动能转化成势能，如果超过了同步轨道，利用离心力把电梯拉上去，预计时速能达到200公里每小时，即便是这个速度，要从底层升到10万公里也需要500小时，到达这个高度后，可干的事情就多了，不仅仅限于观光旅游。

为什么太空电梯到现在还没造出来？是因为遇到了很大的困难，它对材料的抗拉伸强度要求非常高，刚才说了，高于同步轨道部分它受到离心力向上拉，低于同步轨道部分又受到引力向下拉，如果强度不够电梯就会被拉断，一半飞向太空，一半砸回地面，如果用钢作为材料，钢的抗拉伸强度仅为所需值的千分之一，远远达不到要求。

太空电梯建设卡在材料上了，理想材料是质量轻，抗拉伸能力强，人们研究了近一个世纪，直到1991年，日本物理学家发现了碳纳米管，这种材料被称为"超自然材料"，它的特点是重量轻，只有钢的六分之一，用它制造太空电梯，抗拉伸强度可达到300GP，为所需值的4倍多，是非常理想的材料，如果用这种材料做成一根绳子伸向太空，挂上轿厢就成太空电梯了。

但是，碳纳米管还处于实验阶段，长度只能做得很短，目前清华大学的最新科研成果、世界第一长度的碳纳米管长度也仅仅有半米长，要做成几万公里长的太空电梯现在还不现实，尽管如此，经过科学家们的努力，终会有突破的一天。