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建造一座太空电梯?长期以来材料瓶颈难破解 但终于有人想出一个新方案

建造太空电梯的想法长期以来一直存在于科幻小说当中,也是NASA和一些航空巨头经常琢磨的一大主题。很多工程师认为这是个很棒的主意,但用“太空电梯”的建造涉及到巨大压力和张力,现有的材料无法满足建筑工程中这一方面的压力。

(图源:The Space Academy)

不过,最近来自美国约翰霍普金斯大学的数学家和机械工程师建议,在不久的将来建造电梯是完全有可能的——只要制造商准备好从生物学、仿生学中汲取灵感,调整风险评估,并建立一些可以实现自动化修复的机器人。

丹·波佩斯库(Dan Popescu)和肖恩·孙(Sean Sun)对太空电梯的工程进行了建模,根据生物结构中发现的最大应力与最大拉伸强度的比率进行计算,例如韧带和肌腱。这大大高于工程中使用的应力-强度比,其中用于吸收力的材料的能力至少是力本身的破坏力的两倍。

作者们说,这样的比例对于一般的土木工程项目来说很不错,但是“在大型结构的情况下,对这两方面的要求都非常严格,并且无法充分控制失败的可能性”。

值得一提的是,太空电梯可能会是人类建造的最大建筑物之一。

“太空电梯”的目的在于提供一种方法,让人类和货物穿越地球大气,并超越某些设计 ,而无需使用火箭。这个想法最早在1895年由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)提出。

从那以后,这个想法已经有所改进,但基本的设置并没有改变。电梯包括一个锚定在地球上固定点(通常位于赤道)的一根单芯电缆,其向上延伸超过地球静止轨道高度——大约35,786公里。

在电缆的顶端是一个平衡重量的物体。相互平衡的重力和向外指向的离心力有助于保持缆绳的良好平衡和绷紧状态,提供一条沿着其可以使货舱或货舱可以快速上下移动的线路。