超級摩天大樓與太空電梯

譯- 豬的米

建造一幢幾十億層樓高的房子，需要克服哪些困難？是否可行？充滿奇思妙想的太空電梯，又將在何時問世？

家住美國賓夕法尼亞的Keira有一個四歲半大的可愛女兒。四歲半，正是愛搭積木的年齡，因此小女孩總是不停地對她母親說，她想要建一幢幾十億層樓高的房子。

那么，要建造一幢這么高的大樓需要克服哪些困難？

造出聳入太空的高樓？

盡管我們現(xiàn)在造的大樓十分結(jié)實，但我們沒法造出一座高聳入太空的大樓，因為這樣的話，大樓頂部的重量會壓垮大樓的底部。

我們已經(jīng)有能力把大樓造得非常高。世界上最高的大樓有將近1000米高，如果我們愿意的話還可以造出2000或3000米高的大樓，而且還能保證這幢大樓屹立不倒。不過，要是再想建得高一些的話就有些困難了。

除了自身重量太大以外，高樓還面臨著許多其他問題。

其中一個問題就是風(fēng)。高空中的風(fēng)十分強勁，高樓要造得十分結(jié)實才能保證不被大風(fēng)吹倒。

另外一個問題可能不太容易想到，它就是電梯。建了高樓就得修電梯，因為沒人愿意辛辛苦苦爬幾百級樓梯。如果一幢高樓樓層數(shù)很多的話，我們就需要很多運行于不同區(qū)域的電梯，這樣才能滿足同一時間大量人上上下下的需求。如果一幢樓過高的話，整幢樓基本就被電梯井給塞滿了，基本就沒有剩余空間來造房間了。

電梯和風(fēng)已經(jīng)算是不小的難題了，但最大的問題是錢。

要想造一座很高很高的大樓需要花很多錢。比如：造一幢幾千米高的大樓，需要花費數(shù)十億美元的資金。這可是一大筆錢！實際上，如果你有10億美元，你可以先租到一艘巨型太空飛船，然后拯救世界上所有瀕危的狐猴，再給每個居住在美國的人一美元，并且在這之后還有剩余。因此，絕大多數(shù)人都不覺得這么多錢應(yīng)該花在建一幢幾千米高的大樓上。

如果你將來變得富有了，有錢給自己建一幢大樓，并且解決了所有上述的工程難題，但想要造出10億層的高樓還是有不少問題的，因為10億層實在太高了。

一幢普通的摩天大樓假設(shè)有100層樓，而如果把100幢摩天大樓疊在一起，大樓頂端高度將會有地面與太空之間距離的一半左右。

但就算這樣，這樁大樓也只有區(qū)區(qū)1萬層，離小女孩設(shè)想的10億層樓還遠著呢。當(dāng)然，我們可以把100幢上面提到的超級摩天大樓疊起來，形成一幢超級超級摩天大樓。

這幢大樓將會非常之高，以至于太空飛船有可能會一頭撞上去。如果空間站正朝著大樓飛奔而去的話，我們還可以用空間站上的火箭來避免撞擊，但壞消息是太空中滿是壞掉的宇宙飛船和衛(wèi)星，還有數(shù)不清的太空垃圾，這些東西在太空中亂七八糟地飛舞。如果你真的造了一幢超級超級摩天大樓，那么總有一塊飛船碎片會撞上它。

但是超級超級摩天大樓也僅僅只有100萬層樓，和小女孩想要的10億層樓相比簡直不值一提。于是我們把100幢超級超級摩天大樓疊起來，形成一幢超級超級超級摩天大樓，它的樓頂甚至都快夠到月亮了。不過，這樣的項目，估計發(fā)改委是不會同意立項的。

但那也只有1億層，要想達到10億層，需要把10幢超級超級超級摩天大樓疊起來，變成一幢究級摩天大樓。

這樣一幢究級摩天大樓基本上是造不出來的。你不但需要防止它撞上月亮，或者被地球自身的引力扯碎，還需要擔(dān)心別撞上像巨型隕石這樣曾導(dǎo)致恐龍滅絕的天體。

不過有些工程師們設(shè)想出一個和究級大樓很相像的東西——太空電梯。雖然它沒有究級大樓高（太空電梯只延伸到地月中間），但不管怎么說至少在往目標靠攏，不是么？

未來的太空電梯

2012年10月，由美國航空航天局（NASA）前工程師邁克爾·萊恩創(chuàng)辦的電梯港集團公司宣稱，8年內(nèi)可用現(xiàn)有技術(shù)在月球上建造一座太空電梯。

這座太空電梯可以搭載包括大型太陽能發(fā)電機、核廢料等各種物品，還可以載人。更重要的是，太空升降艙上天不需要攜帶大量燃料，預(yù)計所耗能量不過為宇宙飛船發(fā)射的1%。英國的一項測算顯示，用太空升降艙運送一個人和行李的費用僅相當(dāng)于常用航天飛機運送費用的1/4。

太空電梯想象圖

太空電梯的原理并不復(fù)雜，基本上就是一條長長的纜繩一端固定在地球上，另一端固定在地球同步軌道的平衡物(如大型衛(wèi)星或空間站)上。在引力和向心加速度的相互作用下，纜繩被繃緊，太空電梯將利用太陽能或激光能沿纜繩上下運動。

在建造時，首先要在大洋中建造一個漂浮的平臺，這個平臺要位于一個暴風(fēng)雨、閃電和巨浪較少的海域，還要遠離飛機的航線和衛(wèi)星的軌道。太空電梯必須能防雷擊，否則它將容易被斬斷。據(jù)設(shè)計，太空電梯將重達20噸，整個外形很像一個圓球下面系一根長達10萬千米的纜索軌道。

然后，將履帶軌道固定在纜繩的兩端，并且依靠從地面發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換成的電能作為動力加以推動。它將建造成管狀的通道，沿軌道來回運行時，可以將航天器、各種貨物和乘客帶入太空。

太空電梯原理圖

太空電梯效果圖

簡言之，要先發(fā)射卷有纜索的衛(wèi)星或空間站，讓纜索的一端借助重物墜回地面，最終與地球上的平臺相連接，同時，另一端在位于外太空的衛(wèi)星或空間站上展開。地球自轉(zhuǎn)時，太空電梯纜索就會產(chǎn)生向上的離心力，而地球的重力將纜索往下拉，這樣纜索就平衡了。

乘人的太空電梯是加壓的密封艙，如要發(fā)射衛(wèi)星，當(dāng)衛(wèi)星由太空電梯送到地球靜止軌道高度時，自然就獲得了沿靜止軌道運行所需要的速度（3.08千米/秒），而不需要另外加速就成為地球靜止衛(wèi)星。發(fā)射低軌道衛(wèi)星時可使衛(wèi)星沿太空電梯上升，到達預(yù)定高度時就離開太空電梯。這時衛(wèi)星已經(jīng)獲得一定的切向速度，再補充一定速度就行了。如果加大補充速度，就可以使衛(wèi)星脫離地球，飛向行星際空間。

目前，俄羅斯、美國和日本等國都在研制太空電梯。建造太空電梯的最大障礙來自纜索的建造。它必須非常輕和極其牢固，并能夠經(jīng)受住大氣層內(nèi)外向它襲來的任何物體的撞擊。從理論上計算，制作纜索的材料強度必須達到鋼鐵的約180倍。

日本大林集團計劃建設(shè)的“太空電梯”電腦模擬圖。

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家不斷開發(fā)出了質(zhì)量輕、強度高的碳納米管纖維材料，現(xiàn)有的此類纖維材料強度已經(jīng)達到所需強度的約1/4?？紤]到技術(shù)發(fā)展如此迅速，尤其是轉(zhuǎn)基因蜘蛛絲技術(shù)的發(fā)展，超強電纜有望在2050年制成，這使修建太空電梯逐漸成為可能。

超強電纜有望在2050年制成，這使修建太空電梯逐漸成為可能。