人類真的能造出太空電梯嗎？難點在哪裡（連結月球）

2024-03-05 11:58:17

我們人類是希望探索，但「低效率」的火箭技術已經禁錮了人類探索外層空間的步伐，一般來說，我們需要將一定質量的物體送入太空，往往需要消耗物體質量數十倍的燃料。這就是為什麼人們想出了太空電梯的主意。簡單地說，我們可以在地球表面建造一個電梯，直接進入太空，這樣我們就可以用很少的能源消耗來擺脫地球引力的束縛，人類可以很容易地進入太空，從而開啟太空探索的新時代。太空電梯應該如何建造?

想像一下，你手裡拿著一根普通的吸管。如果你把吸管的一端舉起來固定在桌子上，然後用手把另一端往下按(軸向力)，你會發現不費多大力氣就可以把吸管彎曲變形。(注:這種現象稱為「失穩」，是指長直杆在軸向力達到或超過「臨界失穩壓力」時發生變形，無法保持平衡。在其他條件相同的情況下，「臨界失穩壓力」與拉長的直杆長度的平方成反比，即拉長的直杆長度增加一倍，其「臨界失穩壓力」變為原來的1 / 4。
但是，如果你用力拉吸管，你會發現，即使你使勁拉，也很難讓它明顯變形。因此，如果我們真的要建造太空電梯，最好的辦法就是把它做成一個來自太空的「吊梯」，只承受拉力，不承受壓力，這樣就避免了「不穩定」的巨大問題。

1991年，科學家發現了一種奇怪的碳結構，稱為碳納米管。這種結構可以被認為是一維納米材料，碳原子以近乎完美的六邊形結構縫合在一起，這使得CNTS具有極強的拉伸性能，其理論拉伸強度可高達300GPa。重要的是，碳納米管的密度也很低。即使是多壁碳納米管，其密度也約為每立方米2.1 x 10^3千克。代入上面的公式可以看出，如果太空電梯纜索是用這種材料製成的，那麼它所需要的拉伸強度就是101.85GPa以上。這遠遠低於碳納米管的理論抗拉強度。