第615章 建築與宇宙電梯

請關閉瀏覽器的閱讀/暢讀/小說模式並且關閉廣告遮蔽過濾功能，避免出現內容無法顯示或者段落錯亂。

“通天塔的概念像聖經一樣貴老，知道現在仍是人類野心與狂妄的標誌。那麼，人類到底能不能修剪出直通天空的高塔呢？”

“康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基可能是第一個探討此類建築物理特性的人，他的基本思路是：如果你能興建一座足夠高的建築，那麼就可以到達一個特定的高度。在這裡由於行星自轉產生的離心力的大小，正好能夠抵消行星的全部引力。在這一高度被放開的物體將不會向地面墜落，而是停留在地表上空的同步軌道中。”

“這就是通天塔，也就是宇宙電梯的來源。聽起來的確有點瘋狂，不過這個計劃有很多吸引人的地方。”

“想象我們有一顆行星同步軌道上的衛星，現在把它縱向拉長，同時非常注意上下兩端的平衡，以至於它的質量中心始終保持在行星同步軌道上。如果我們一直都非常小心，或許就能吧其中一端延伸到地面上。我們在吧地面端固定，讓另一端遠遠的深入太空。基本上，這個就是太空電梯的雛形。”

“雖然太空電梯一直是個相當熱門的主題，也有相當多的影視作品在描述這樣的情景。但是他們僅僅是一種祈願而已。一言以蔽之，太空電梯存在的最主要原因就是能源。理論上講，利用太空電梯運送人員或者衛星前往同步軌道的成本，要遠低於發射火箭的方式。”

“事實上，由火箭方程可以看出，很多能源都是被浪費在攜帶燃料的需求上了。而有了太空電梯，這類需求可以完全消失。”

“理論上，你可以用任意慢的速度離開行星，因為他的自轉就可以完全消失。理論上，你可以用任意慢的速度離開行星，因為它的自轉就可以為你提供克服引力的力量。事實上，如果電梯從地表向上延伸的長度有公里，那麼從頂端釋放的衛星就能完全擺脫行星引力的影響。後面我們會推算太空電梯運送物資需要的能量值，與火箭相比，數額要小的多。”

“房屋、敲了和其他建築，大致可以分為兩種型別：一類是透過壓力支撐，也就是被聳立起來的；另一類則是部分或者主要利用拉力，也就是被吊起來的。”

“如何建造一座建築，取決於建築材料的耐壓和抗延展效能：有些材料非常耐壓，但張力耐受效能差；另有些材料非常適合承受張力，但抗壓效能不堪一用。”

“歐洲的城堡、埃及和中美洲地區的金字塔，都是完全依靠材料耐壓效能的絕佳建築案例。通常的建築，都會同時受到壓力和拉伸力的影響。”

“儘管在摩天大樓和斜拉索橋的建設過程中，很多時候都要考慮張力的因素，但是說到底，他們還都需要地面來停過支撐，也就是依然需要考慮壓力因素。”

“任何接觸地面的建築，都需要至少一部分耐壓支撐結構。但太空電梯卻是一個例外。基本上，他就是一條很長的纜線或者繩索。因為懸空的繩索沒有任何有材料擠壓產生的支援力，只能完全依靠拉力來支撐。不過，它具體的支撐力方式還有些複雜之處。”

“想象太空電梯中位於同步軌道之下的一段，比如地表以上200公里，與太空梭同樣的高度。正如前面所述，軌道越低，衛星停留在軌道所需的速度越快。太空梭只要90分鐘就能環繞行星一週。但天空電梯的這個組成部分，飛行的速度卻遠遠低於這個高度對應的軌道速度。如果對於它不施加任何外力，它就會墜落到星球表面。制止它掉落的力量，來自太空電梯上緊接著的上面一截。根據牛頓第三運動定律，比如有一個向下的力，將上面一截電梯向下拉。與此類似，電梯處在行星同步軌道以上部分的運動速度，高於相應高度對應的軌道速度，因而傾向於離開行星飛走，要靠下面部分向下的拉力才能留在原處。”

“綜上所述，行星同步軌道以下的部分將天體向下拉，而同步軌道以上的部分則把它想上車，這就帶來了內部張力。”

“太空電梯中的張力非常巨大。在這裡，我們可以來一次草算，看看我們的建築結構強度必須達到何種水平。”

“電梯承受的力，就是它的有效重力，可以用以下算式得出。T=MG=ρGLA”

“其中L是電梯長度，A是它的介面劑，G是建築的有效重力加速度。對於一根很短的線纜來說，他可以是行星的重力加速度。但是這裡的電梯長度太長了，沿塔上行期間，G的實際值會漸漸減小，一旦越過同步軌道的高度，方向就會反轉。”

“我們感興趣的引數，並不是拉力本身，而是線纜承受的單位拉力強度，其數值等於拉力除以截面積。Y=GLρ”