科學雜談 《流浪地球2》中的太空電梯真能造出來嗎？核心科技是什麼？

現在往軌道上送人送貨都是用火箭 虐待火箭聽起來很高科技 發射時的場面也很壯觀 但火箭這種東西其實很原始 明朝就已經有萬戶飛天了 現在火箭雖然性能更好 推力更大 但其核心原理並沒有改變 它所使用的化學能源效率也並沒有提高多少 也就比直接燒煤高5倍 比古老的耐燃發動機高3倍 火箭既複雜又危險 不管是固體燃料還是液體燃料 火箭的發射過程不可控的因素太多 隨便一個焊接點一個發門出問題 但是火箭所攜帶的燃料 大部分都要用來對抗自身重力 假如火箭飛到400公里的近地軌道 需要消耗一噸燃料 那麼繼續飛到月球只需要加0.75噸就可以了 而飛到遙遠的火星也只需要兩倍的燃料而已 不過現在最大的問題不是安全性 也不是能源消耗 而是成本和效率 以千萬美金爲單位的運費太貴了 雖然馬斯克的火箭已經可以重複利用了 但還是遠遠不夠 要向近地軌道輸送大量的物資 爲採礦 太空旅遊 殖民和防禦做準備 就必須有高效廉價的運輸手段 引力就像一把無形的鎖 擺脫引力的束縛將是人類發展的里程碑 1895年 宇航之父齊奧爾科夫斯基受艾菲爾鐵塔的啓發 假想了一個高度接近36000千米的巨型結構 通過這個結構可以直達地球同步軌道 這個想法放在100多年後的今天來看 仍然頗爲震撼 畢竟迪拜塔纔不到1000米 喜馬拉雅山的高度都只有它的幾千分之一 這麼高大的建築 沒有什麼材料能扛得住 到了959年 一個叫尤里的蘇聯科學家提出了新的方案 簡單來說 就是從地球同步衛星上放一根繩子下來 然後再遠離地球的方向呢 加一個配重 使其保持完美的受力平衡狀態 這樣繩子就能懸停在同一位置 並保持拉緊的狀態 不管你在影視作品中看到的電梯長什麼樣子 基地中的 三體中的 或者是流浪地球中的 都可以簡化爲這樣一根繩子 但那個年代對太空電梯的研究並不多 直到1979年 克拉克的小說《天堂的噴泉》出版以後 太空電梯才真正的引起了大家的興趣 從這以後 許多的科學家和工程師都積極地參與了進來 關於這根繩子的構想也在不停地迭代更新 近些年也有很多的學術論文可供參考 見到太空電梯沒有技術物理的限制 難點都集中在材料上 這根繩子必須有着極高的抗拉強度 還必須很輕 目前唯一能達到要求的材料 只不過這種超強材料的製造工藝 極其苛刻 必須完美的結構才能呈現出它的神奇特性 有一點瑕疵就廢了 完美的碳納米管通常只能做幾釐米 目前最長的記錄是清華大學衛飛團隊的0.5米 但現階段無法量產 那我們可不可以像搓麻繩一樣 用短的碳納米管拼接成一根長的繩子呢 答案是不可以 因爲這會失去其特性 不過這些問題早晚都會解決的 只是時間的問題 如果真的有三體人 那麼清華大學的衛飛可能就好似汪淼 2013年 國際宇航科研院曾發佈過一份350頁的報告 這份報告涉及了一種到2035年 就能攜帶多個20噸有效載荷的太空電梯 那麼建到這樣一部太空電梯 到底需要花多少錢呢 很貴但沒有那麼貴 100到500億美金就夠了 這些錢和其他大型項目相比真的不多 而且與其經濟效益相比 太空電梯的建造成本幾乎可以忽略不計 拿採礦來說 地球上的礦物儲備是很有限的 按現在的速度 部分稀有金屬在50年內就可能消耗殆盡 所以小行星採礦不是你想不想的問題 而是必須做的 有了太空電梯 甚至可以把小行星搬到軌道上來慢慢採 當然現在太空採礦還處在非常初級的階段 計劃在今年返回地球的一個探測器 將會從小行星本弩上帶回2000克的樣本 那這個項目花了多少錢呢 花了8億美金 算一下就是4億美金1000克 那麼不划算的任務爲什麼還有人去做 一方面是爲了獲取太陽系的原始物質做研究 但最根本的原因 還是有人看到了這項業務的潛在回報 據科學家估算 一顆直徑1.6千米的金屬小行星 其運行的金屬價值就高達20萬億美元 即使是一個30米的金屬小行星 其中的金屬箔就價值500億美元 經濟效益方面除了採礦 還有航天合作 太空旅遊等等 現在已經是2023年了 太空電梯不再是純科幻的產物 流浪地球2中的太空電梯 似乎沒有那麼的遙不可及了 那麼流浪地球2中的太空電梯 真的有可能造出來嗎 只要材料的問題解決了 就完全有可能 這在許多人看來只是時間的問題 但現實當中的太空電梯 可能不會像電影中的那麼炫酷 上升的速度沒必要那麼快 爲了儘可能避免正面的晃動和偏移 速度保持在160公里每小時 是比較合理的 而且太空電梯最大的優點之一 不就是可以慢悠悠的上去嗎 爲什麼還要忍受那麼高的加速度呢 當然比較理想的情況是 涉及不同速度的座艙 可快可慢 兩根繩子一上一下提高效率 而且去旅遊的話 根本不會跑到同步軌道幾萬公里那麼高 幾百公里的高度 纔是看地球最好的位置 那就更不需要那麼快了 閉上眼睛想一下 整個地球就在你眼前 如果成本降下來 一兩萬的票價 你不想去看看嗎 2005年 美國宇航局宣佈 天梯計劃爲世界挑戰的首選項目 2011年 谷歌的X實驗室 也增加了太空電梯項目 除了谷歌 世界上有許多的組織 都在嘗試建造太空電梯 比如日本的東京天空之樹 加納的可充氣式太空電梯 這些計劃到本世紀中期 就能初見成效 近年來 和太空電梯相關的科學交流 越來越頻繁 投入的資金也越來越多 感興趣的可以看一下 有關的學術論文 太空電梯正在從空中樓閣 逐漸變成一個 切實可行的工程項目 另外 人們不僅要在地球上建造太空電梯 還有月球和火星 這些計劃方案 幾乎是在同步研究的 月球和火星的引力比較小 而且月球還缺少大氣 所以在月球和火星上建造電梯 相對來說也會容易一些 起碼不用擔心恐怖主義的襲擊 和成千上萬的太空垃圾 建成以後 人類就可以快速地穿行於 地球、月球和火星之間 航天界有一句名言 地球是人類的搖籃 但人類不可能永遠被束縛在搖籃裏 建設太空電梯 把人類活動擴展到軌道上 只是第一步 人類文明經過漫長的進化 直到征服海洋之後 才終於進入了快速發展期 而下一個更加廣闊的海洋 《三體》、《流浪地球》、《超新星紀元》 等一系列優秀的科幻作品 讓幻想家們暢想出了一個 極恢弘的黃金時代 我們有了自己的好故事 中國的科幻作品已經揚帆起航 相較於影視作品 遊戲在提供視覺刺激的同時 更能讓我們參與其中 《泰坦隕落》、《光環》等遊戲大作 一次次地將宏大的世界觀 帶到我們的面前 但這畢竟都是外國人寫的故事 科幻迷在玩這些遊戲的同時 也感受到了這種無形的壓力 我們需要一個用國人自己的世界觀 架設起來的科幻遊戲 《無盡的拉格朗日》已經投入其中 它用法國設計家的名字 作爲故事的開端 構建出了一個原創的潘多拉之河 遊戲中藉助特定的拉格朗日點 來建造星門 在兩個星系之間 打開了一條通路 這是一種更高級的星際電體 A點和B點之間 不再需要繩索 而是在更高的緯度 實現空間跳躍 藉助一座座星門 我們終於擺脫了光速的牢籠 開拓者將文明的種子 布塔到了星系的每一個角落 開發者在基礎設定上 並沒有一般歐美的黑洞 蟲洞 等老套的設定 而是堅持使用拉格朗日點 作爲遊戲高度原創的核心 進入拉格朗日宇宙 體驗一段跌宕起伏的好故事 和衆多玩家一起 白手起家 建造繁盛的宇宙文明 我們在遊戲中不是繼承者 而是重建者 遊戲有着較高的自由度 不同的玩家有不同的玩法 大量的艦船 可根據其不同的定位 合理配置 搭配出有針對性的強力艦隊 遊戲中有真實的地形 真實的資源 封鎖 伏擊 萬里奔襲 當然還有各種交易 協作 爾虞我詐 你可以選擇單兵作戰 也可以加入一個大家庭 在拉格朗日宇宙中 縱橫百合 當然你也可以選擇 躺平 種田 或者成爲一個探險家 去探索那些 在戰爭中淪爲廢墟的星門 還有在黃金時代 沒能來得及探索的暗黑星域 和歐美的遊戲相比 《無盡的拉格朗日》 並不是一個複雜的大塊頭 它小而輕 簡單優美的架構 幾乎沒有學習成本 打開就能玩 遊戲中的每一個玩家 都將推動拉格朗日宇宙的崛起 人類將會有怎樣的結局 沒人知道 但我們自己的故事 由我們自己來書寫 回過頭來想一想 《無盡的拉格朗日》 所勾勒出的原創宇宙 正是建立在 一代又一代人的努力之上的 當然也包括我們這一代人 建設作爲人類發展里程碑的太空電梯 將是我們真正邁向群星的第一步 那除了太空電梯 還有沒有其他的替代方案呢 有 第一個是軌道環 就是在近地軌道上建立一個 環繞的磁懸浮公路 它不需要太大米管那麼神奇的材料 而且它可以一段一段的慢慢建造 最後對接完整即可 高度僅需300公里 軌道環可以讓數百萬人生活在上面 航天器也可以在沒有風阻的條件下 進行長時間的加速 達到所需的速度之後 點燃自己的發動機 就可以以極快的速度 奔向月球 火星 或者是其他的目的地 第二個方案是漂浮軌道 簡單來說就是讓一系列的高空氣球 保持在空中 在氣球上面降到跑道 其高度可以達到50公里 2018年的時候 NASA就已經讓一個超薄的氣球 飛到了48.5公里的高度 上面我們所說的 加拿大的可充氣式太空電梯 和這個有點類似 就是一個20公里高的大氣球 內部衝入高壓氣體 其外層可以承受閃電 颶風 甚至是隕石的攻擊 這也算是另闢蹊徑了 在2萬米高的發射平臺點火起飛 可以節省大量燃料 單極火箭就可以進入軌道 並且還能返回平臺繼續加油再重新起飛 除此之外 還有許多其他的腦洞大開的替代方案 科幻小說家也從不吝嗇自己的想象力 但目前最靠譜的 還是放根繩子下來 但太空電梯牽扯的東西太多 如此龐大的一個項目 極易成爲恐怖襲擊的目標 流浪地球2和基地中的太空電梯都被炸了 所以這是一個需要全球合作的世紀工程 太空電梯終將推動人類實現跳躍式的發展