太空电梯能成为现实吗？

在电影《流浪地球》里，太空电梯的出现，给观众们留下了非常炫酷的印象，也让很多人第一次听到太空电梯这个概念。今天我们就来说一下太空电梯那点事儿。太空电梯，一个听起来极具科幻色彩的概念，但却很有可能在我们有生之年变为现实，甚至有日本科学家作出预言，人类最早将在2050年建成第一个真正意义上的太空电梯，这可能吗？真有可能，如果你问我凭什么这么说，就凭它是出自齐奥尔科夫斯基之口。齐奥尔科夫斯基生于1857年的俄国，是一名数学和物理老师，他还有着另一个科学界公认的头衔，那就是“宇航之父”。如果你对于齐奥尔科夫斯基一无所知，那么你一定会对这个头衔感到一头雾水，一个生活与19世纪的俄国人，怎么会被称为宇航之父呢？要知道直到1903年的12月17日，莱特兄弟才发明了飞机并完成首次试飞。也就是说齐奥尔科夫斯基连飞机都没有见过。齐奥尔科夫斯基不仅没有见过飞机，还天生失聪，就连数学和物理都是自学成才，但他敢于想象，他相信人类总有一天能够离开地球，前往宇宙。既然认为人类能够离开地球，那就必须要拿出方法，否则就成了信口胡诌，于是齐奥尔科夫斯基提出了喷气式火箭的构想，在此之后又提出了液体火箭燃料和多级火箭的方案。现在我们都清楚了，齐奥尔科夫斯基的超前构想全部变为了现实，所以齐奥尔科夫斯基也就当之无愧地赢得了“宇航之父”的头衔。而除了火箭之外，齐奥尔科夫斯基还构想了另一种前往太空的方法，那就是太空电梯。相比火箭而言，太空电梯的构想就显得玄乎多了，地球并不是一个静止不动的球体，它每时每刻都在转动，在赤道地区，地球自转的线速度可以达到每小时1670公里，在如此高速转动的球体上，如何能够立得住一根细长的电梯呢？这听起来的确是不可能，但实际上却完全可以做到。有质量的物体都具有引力，且质量越大，引力就越大，地球是一颗质量为5.965x10∧24kg的球体，所以引力是颇为强大的，即便是达到了第一宇宙速度进入了近地轨道，依旧会受到地球引力的影响。在地球轨道运行的物体除了受到引力的影响之外，还受到一个与引力方向相反的虚拟力的影响，也就是惯性离心力。物体所受的引力与距离的平方成反比，也就是说距离地球越远，所受的引力作用就越小，而物体所受的惯性离心力与距离成正比，距离越远，惯性离心力越大，所以在地表之外一定高度的地方，引力与惯性离心力的大小趋于一致，实现了平衡，这个位置就被我们称之为“地球同步轨道”。位于地球同步轨道的物体会跟随地球自转同步移动，所以在地球上看起来，这条轨道上的物体就是静止不动的，所以这条轨道就可以用来安放太空电梯的终点站。现在终点站有了，接下来的问题就是如何把地面上的起点与太空中的终点连接起来。地球同步轨道位于地表3.6万公里之上，但我们在建造电梯的时候却不能够只建造3.6万公里的长度。因为位于地球同步轨道之下的电梯主体所受的地球引力大于惯性离心力，所以与地球的自转速度不一致，是无法立住的。要解决这个问题，就需要把电梯修得更长，也就是说电梯主体的总高度要大幅超过地球同步轨道的高度。这样一来，位于地球同步轨道之上的电梯主体所受的惯性离心力就大于所受的地球引力，而位于地球同步轨道之下的电梯主体所受的地球引力则大于惯性离心力，于是两段主体就形成了相互拉扯，如果两段主体所受的力大小相等，那么便能够实现平衡，整个电梯不需要任何支撑，就可以在引力与惯性离心力的平衡作用下耸立于地球之上。从理论角度来说，太空电梯的构想是完全符合事实的，即便是以人类现有的科技水平，也基本可以满足建造条件，如果说还差了什么的话，那就是建造材料了。太空电梯的建造依靠的是电梯主体部分所受引力与惯性离心力的平衡，而这种平衡的实现是依靠“拉扯”作用，所以建造太空电梯所需的材料必须拥有足够的强度。目前已知的能够满足太空电梯建造要求的材料只有碳纳米管，但现在我们还无法将这种材料做得很长，当前世界上制作最长的碳纳米管材料只有半米，是由清华大学的科研人员完成的，所以要打造数万公里的太空电梯，还尚需时日。