《流浪地球2》里的“天梯”真的能建成嗎

范崗

電影《流浪地球2》的片長達到了三個小時，其容量之巨不是白給的，光是第一個用來鋪墊氣氛的災(zāi)難，換作別處怕是都能撐起全篇了。在這個打頭的災(zāi)難里，倒霉的是在各種科幻作品里都很容易倒霉的“太空天梯”。

所謂太空天梯，有時也樸實地稱為太空電梯，是一種假想的進入太空的方式。普通的樓和梯子抗壓強度不夠，堆不了幾千米高就會塌，無法像童話里的豌豆藤那樣直接升上太空。但是，很多材料的抗拉能力遠勝抗壓。假如人類在同步軌道上用非?？估牟牧闲抟患芴葑?，懸垂到地面上，讓這梯子與地面相對靜止，就可以沿著這梯子爬上太空。

在《流浪地球2》里，人類在加蓬首都利伯維爾附近修建了一架天梯——這很符合物理規(guī)則。利伯維爾幾乎在赤道上，而標(biāo)準(zhǔn)天梯需要修在赤道上。這是因為空間站處于赤道上方，在赤道上建造天梯，可以保證上下位置同步，并且可依靠地球赤道的離心運動產(chǎn)生的加速度，與地球重力保持天梯的受力平衡。片中一群候補航天員乘坐太空天梯前往空間站接受訓(xùn)練，被高達9g（g為重力加速度，9g可以簡單地理解為有8個和你一樣重的人壓在你身上）的加速度折磨。其實，太空天梯根本就不需要這樣的高g條件。

想象一下如果你要上五層樓。假如有樓梯，那很簡單：一步邁一個臺階，下一步邁另一個。每一步都只需要很少的能量，短暫地用支持力克服重力，把人體推上幾十厘米。就算身體非常虛弱的人也沒關(guān)系，只要力氣足夠邁上一個臺階，最終就能爬上五樓——大不了多花點時間嘛。

但是如果沒有樓梯，那可就難了。人的腳一旦離地，就無法繼續(xù)提供向上的力，所以必須在蹬地的零點幾秒里，一口氣把足以登頂?shù)哪芰咳酷尫懦鰜?，考慮到上升的過程中還需要克服空氣阻力，所以，所需能量還要更多。

天梯的原理和樓梯當(dāng)然不太一樣，但實際效果是幾乎相同的。如果真的有一架連通太空的樓梯，你一個臺階一個臺階走上去，也是可以的。人類長程爬樓梯的世界紀(jì)錄是12小時爬13145.65米高的樓梯。如果一個人能每天這么爬12小時休息12小時，進入太空（海拔100千米處是大氣層與太空的交界處）也只需要一星期多一點。當(dāng)然這要求樓梯間里有空氣，每隔一段還得有食物和水的儲備，以及在地上造發(fā)電機然后全程給轎廂的電機通電。

假如這空間站的高度和現(xiàn)實中國際空間站差不多，即在400千米左右的高度，那么沿用高鐵的速度，只需一小時出頭就可抵達，完全可以接受。用9g那么大的加速度，純屬折騰人了——實際上，現(xiàn)實中的載人火箭發(fā)射時的加速度也不過3g～4g而已。

更何況，哪怕目的就是要折騰這幫沒有醫(yī)保的候補宇航員，那好歹也該用個高g設(shè)計的轎廂啊——電影里的轎廂，似乎也有點問題。

第一個問題就是外形。作為一個需要承受9g加速的物體，轎廂的上下面居然是平的。這里就有問題了。

火箭要設(shè)計成火箭的樣子，很大程度上就是為了減小空氣阻力，提高能量效率?？諝庾枇退俣鹊钠椒匠烧?，所以只需要在高速的時候考慮。正?；鸺仨毜诌_每秒幾千米到每秒十幾千米的超高速，需要承受巨大的空氣阻力，做一個扁盒子火箭肯定是劃不來的。

第二個問題更加嚴(yán)重，值得展開闡述：那就是宇航員的座椅朝向不對。

現(xiàn)在，大家都知道宇航員上天要經(jīng)歷加速度訓(xùn)練了，訓(xùn)練可以讓人不那么容易暈眩、嘔吐或昏迷，但再怎么練也還有物理和生理極限攔在前面。人的身體是在1g的環(huán)境中演化出來的，人體所有零部件的機械強度都只適應(yīng)這個環(huán)境，而其中最脆弱的環(huán)節(jié)恐怕莫過于血液。哪怕在1g的環(huán)境下血壓控制的失敗每年都奪走很多人的生命，高g環(huán)境下就更難了。

當(dāng)面臨向上的加速度時，血會變得非?！爸亍?，往站姿和坐姿的人腳底方向流動，這就會導(dǎo)致腦缺血。一般來說普通人承受向上的5g不能超過兩分鐘，否則就會昏迷。當(dāng)代戰(zhàn)斗機飛行員可以在短時間內(nèi)最大承受9g，但那除了長期訓(xùn)練還需要特殊的增壓服的幫助，在腿部和腹部用許多氣囊加壓把血液頂回去，有時還需要胸部調(diào)壓來輔助呼吸。以片中人打斗時的流暢姿勢來看，不像是有增壓服的樣子（當(dāng)然也可能是20年后的增壓服變得超高級了）。

這還不是最糟的，更加可怕的是天梯下降時，即將接觸地面做減速運動產(chǎn)生的負加速度，這會讓血液反過來涌向大腦。這樣倒不至于腦血管當(dāng)場爆裂而亡——人體對腦血壓的增加極為警惕，頸動脈竇一察覺血壓異常就會趕緊叫停，可是加速度不聽它指揮，它能做的只有不斷降低心跳速度和動脈壓。結(jié)果異常的血液無法維持動靜脈之間的含氧量差異，會先因為缺氧而昏迷?？傊藢μ焯菹陆禃r的負加速度忍耐力還要更低。

飛行員需要空中機動那是沒辦法，但宇航員上天的旅程非常單純，硬要他們死扛9g加速不但毫無必要，而且萬一出了什么故障連安全余量都沒有，絕對不會得到工程師的同意。再說，要解決這個問題，辦法簡單到離譜：只要讓人躺著上天就行了。

躺姿/趴姿下，人的大腦和心臟基本處于同一高度，血液變重帶來的影響就大幅減小。這不是說沒有問題，人的呼吸系統(tǒng)還是會遭受不小的壓力，血氧濃度降低，視力也會明顯下降，四肢也無法自由活動，但熬過一兩分鐘的十幾g還是沒啥問題的。如果有條件二選一的話，那“躺著加速、趴著減速”更好，這種姿態(tài)下對視網(wǎng)膜血管的壓力最小。

當(dāng)然，一群人在轎廂里躺著，不但顯得很傻，也非常占地方，普通的低g天梯轎廂選擇過山車一樣的座位設(shè)計是可以理解的。不過，普通轎廂就別硬逼著人上9g了吧。這么違規(guī)超負荷運行就算沒有人蓄意破壞，自己也會解體的。