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。

“如果我們把電梯長度設為14萬公里，剛才密度設定為8000千克每立方米，最大拉力約為10的12次方牛每平方米。這個估計值是精確計算結果的3倍，但還是能正確說明問題。不幸的是，鋼鐵這段前能夠承受的最大拉力僅有2.5X10的8次方牛每平方米。低了大約4個數量級。剛才絕對是不能用的，那麼能找到其他有用的材料嗎？”

“委託的嚴重程度，看一個預估的建築高度就可見一斑。對任何一種材料，都可以藉助以下算式得出其斷裂高度。h=Y/ρg”

“其中Y是材料斷裂前能夠承受的最大拉力，也被記座材料的彈性限度。事實上，如果我們選用某種材料做成場所，將其掛在我們的太空電梯上，上式中的h就是它被自身重量扯斷時的長度。對剛才來講，h的數值約為3公里，或者說比我們的電梯必要長度短5萬倍。”

“要建造這樣的結構，最理想的材料應該輕且強韌。目前可選的最佳材料是碳奈米管纖維。這是一種碳化合物，其分子鏈呈長管狀排列，按每千克承重能力計算，他比鋼材強韌100倍以上。根據紙面資料和1g/cm3的密度值，可算出它的斷裂高度為1000公里。如果我們打算用一根線纜建成太空電梯，這樣的強度依然不夠，但還有些其他方案，讓建造容易很多。”

“目前為止，使用這種纖維的太空電梯最佳設計方案，主張採用一種錐狀結構。行星同步軌道處最粗，向上和向下雙方向逐漸變細。這個錐形結構設計成整體拉力到處都一樣的形式。其高度達到了驚人的15萬公里，幾乎是到衛星距離的一半。這種結構的有點顯而易見：行星同步軌道的張力最小，因而最適合集合最大部分的質量。整個結構的形狀，取決於其表面的斜率，也就是同步軌道處的厚度與地面厚度之比。”

“按照這種設計思路，加上碳奈米管的情之特性，整個建築結構僅有150噸。其設計目的，則是讓電梯能夠運送10噸質量的貨物。”

“這種碳奈米管目前所面臨的問題是，還沒有人造出過長度超過幾厘米的此類材料，當然前提是你們星球上。”

“將它們硬生生延長至15萬公里，肯定是一項兼具的工程學挑戰。而且很有可能出現的問題是，一旦講這麼多纖維合併，他所產生的合力根本比不上多條單根纖維的拉力之和。”

“宇宙電梯面臨的另外一個難題，是在它建成之後如何將物品運輸上去。目前的設計需要有‘爬升器’，本質上就是能夠自行爬上線纜的機器人。”

“如果僅僅考慮重力的影響，行星表面的任何物品都可以堪稱是坐落在一口深井的底部，要廢很大力氣，才能爬出井底。根據質能守恆定律，要把一個質量為m的爬升器從地表送達行星同步軌道。就要求我們不足勢能差額，也就是E=GMm/r。”

“我們不必擔心貨物的動能，因為行星自轉的動量會透過高塔傳送給貨物。如果我們有10噸貨物，需要提供的能量就是5.3X10的11次方焦。要提供這部分能量，一份設計方案主張用自由電子鐳射將電力照射到爬升器上的太陽能電池上。其它注意還包括使用線纜傳送的太陽能或電能等。不過就算這些計劃能夠實現，還需要好好考慮下期間發生的成本。”

“首先需要說明的是，這一過程勢必產生一定的能量損失。先來看使用鐳射的方案：首先，我們必須把電能轉化為鐳射，這一過程的效率約為10%。然後鐳射必須設想爬升器，被太陽能電池吸收，並再次轉化為電能。目前能夠買到的寬光譜商用太陽能電池的能量轉化效率約為20%。由於鐳射僅有單一的波長，就可以選用適當材料提高其能量轉化效率。”

“目前，你們鐳射的轉化效率可以達到60%。那麼整體效率就將是e=0.1X0.6X0.6=0.036（3.6%）。”

“所以，讓這10噸貨物進入同步軌道的能量需求就將是E=1.5X10的13次方焦。假設每度電的成本是0.1元，那麼電力總承包就將是40萬。這比當前利用火箭發射的每千克2萬成本便宜大約500倍。世上有這麼好的事嗎？”