你也想造太空电梯吗？

原创 儿博馆 上海儿童博物馆

家长

《流浪地球2》可以在视频网站看了，宝宝我们一起来看吧！

宝宝

好！

《流浪地球2》节选

宝宝

这个太空电梯好酷，我也想要！

家长

我早有准备，7月22日去打卡上海儿童博物馆，可以做一个纸杯太空电梯哦！

太空电梯的设想

火箭之父

埃菲尔铁塔

据说在100多年前，“火箭之父”齐奥尔科夫斯基在参观埃菲尔铁塔时，灵光闪现，有了最早的“太空电梯”设想。可惜100多年过去了，人类建造的最高建筑从300多米的埃菲尔铁塔“长”到了828米的哈利法塔。

哈利法塔

但是，最近的太空轨道距离地面超过200千米（比如中国空间站的轨道高度离地400千米）。人类现在的技术能力，相当于在普通层高的住房空间里，只能造一个标准颗粒积木块这么高的建筑。

找一块颗粒积木块感受一下吧

《流浪地球2》中设计的太空电梯高90000千米，我们怎么才能用颗粒积木叠一栋像哈利法塔一样高的建筑呢？

宝宝

想要稳稳地造出来，我的颗粒积木不够多吧？

宝宝

它太高了，下层塑料颗粒积木会压坏吗？

这些朴实的问题直接点出了太空电梯建造的两个核心问题：结构和材料。

我们可以把地球想象成一个自带“吸力”的“大磁铁”，靠近地球的万物都会被拉向地面。同时，地球上的重力加速度随着海拔高度的增加而减小。到了约36000千米处降为0，也就是我们常说的“地球同步轨道”的位置。这里适合建造庞大的空间站。

但是，这36000千米将近地球直径的3倍。它要是造成电梯塔，地球都觉得自己会被压垮。于是抛开高楼这样的造型设计，科学家们有了新思路，一些太空电梯的新方案就诞生了，比如我们在《流浪地球2》电影中看到的这种设计：

细长的①是太空电梯，⑤是行星发动机

电影中的太空电梯

轿厢

在《流浪地球2》中看起来很像建筑工地的垂直升降机，它的基础功能也与我们常见的电梯无异。电影中为了看起来更炫酷，开始阶段还用了火箭发动机。但科学家们认为，真正的太空电梯可以只用太阳能发电等更加环保的能源。

地面端基座

位于赤道地区，是太空电梯的起点，巨大的基座要固定住所有缆绳。

配重

距离地表9万公里，在尾端设置配重，使其与地球自转同步稳定。

空间站

空间站位于距离地表3.6万公里的地球同步轨道。

缆索

9部轿厢由216根粗细不等的碳纳米缆绳垂直连接。

地面端基座、配重、空间站用缆索连接成一条直线。

我们再来看一组《流浪地球2》的电影设计图吧！

加蓬行星发动机一号试验机

与太空电梯位置关系图

概念设计：黄天禹

空间站船坞设计

设计：唐旭、黄忠杰

太空电梯基座定稿设计草图

概念设计：李远、浦一博

太空电梯轿厢发射效果

氛围图设计：张璐

太空电梯轿厢外观最终设计

设计：王志坚

为什么它还只能出现在科幻电影里呢？

首先，人类没有造出适合做缆索的材料。目前最合适的碳纳米管还在初级研究阶段，长度只能达到米级。另外，90000千米实在太高了，中途会有很多复杂的情况要考虑，比如太空垃圾和宇宙辐射造成的意外等等。

未来它可能的建造过程：

1

建造地面端基座；

2

发射带有缆索的配重到太空，再将缆索抛回地球和基座连接固定；

3

最后再造空间站和轿厢。

或者，它还有其他的结构设计，小朋友们可以想象起来哦。

太空电梯建造原理

地球自转的离心力维持太空电梯受拉结构的主体结构伸直，并通过高轨道的配重物保持平衡。其系统重心位于地球同步轨道，距离地球海拔约 35786 千米。整体轴线指向地心，选址赤道，是为了使得轴线保持垂直（节选自：电影《流浪地球》世界观）。

在科学家眼里，地球是一个保持匀速自传的“链球运动员”，给它一个叫“配重”的大球，栓上90000千米长的“缆索”当链子，地球引力就是拉住链球不飞出去的那双“看不见的手”。我们只要在“缆索”上需要的位置（这个系统的重心处）造出空间站。理论上，太空电梯就完成了。

按照这个原理，生活中也是有不少相似的应用装置的。比如，我们去游乐园玩，经常会看到一类叫“飓风飞椅”的装置。

电机开动后，主轴（有的设计成一个像伞盖一样的圆盘）快速旋转起来，人会感觉自己被甩出去，并且越飞越高。如果不是安全需要，理论上可以飞到和地面齐平的样子，并且一直转下去。

我们是不是可以从家里收集一下材料，就可以“造”一个用“太空电梯”模拟装置出来给宝宝玩呢？

模拟“太空电梯”

1

材料：一次性碗，筷子，两个比较重的小物件，橡皮筋，细绳，珠子，纸片

2

工具：钻孔的工具（图钉之类），剪刀，胶水

参考过程如图所示：

经过一系列制作和调试，一个太空电梯模拟器就诞生了！

感兴趣的小朋友们可以来上海儿童博物馆参加“太空电梯”活动（7月22日科学小讲堂），让我们一起探索太空电梯的原理吧！扫码可参加活动（7月18日/19日开售）。

撰稿：大橘子

原标题：《你也想造太空电梯吗？》

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