超級摩天大樓與太空電梯

譯- 豬的米

建造一幢幾十億層樓高的房子，需要克服哪些困難？是否可行？充滿奇思妙想的太空電梯，又將在何時問世？

家住美國賓夕法尼亞的Keira有一個四歲半大的可愛女兒。四歲半，正是愛搭積木的年齡，因此小女孩總是不停地對她母親說，她想要建一幢幾十億層樓高的房子。

那么，要建造一幢這么高的大樓需要克服哪些困難？

造出聳入太空的高樓？

盡管我們現在造的大樓十分結實，但我們沒法造出一座高聳入太空的大樓，因為這樣的話，大樓頂部的重量會壓垮大樓的底部。

我們已經有能力把大樓造得非常高。世界上最高的大樓有將近1000米高，如果我們愿意的話還可以造出2000或3000米高的大樓，而且還能保證這幢大樓屹立不倒。不過，要是再想建得高一些的話就有些困難了。

除了自身重量太大以外，高樓還面臨著許多其他問題。

其中一個問題就是風。高空中的風十分強勁，高樓要造得十分結實才能保證不被大風吹倒。

另外一個問題可能不太容易想到，它就是電梯。建了高樓就得修電梯，因為沒人愿意辛辛苦苦爬幾百級樓梯。如果一幢高樓樓層數很多的話，我們就需要很多運行于不同區域的電梯，這樣才能滿足同一時間大量人上上下下的需求。如果一幢樓過高的話，整幢樓基本就被電梯井給塞滿了，基本就沒有剩余空間來造房間了。

電梯和風已經算是不小的難題了，但最大的問題是錢。

要想造一座很高很高的大樓需要花很多錢。比如：造一幢幾千米高的大樓，需要花費數十億美元的資金。這可是一大筆錢！實際上，如果你有10億美元，你可以先租到一艘巨型太空飛船，然后拯救世界上所有瀕危的狐猴，再給每個居住在美國的人一美元，并且在這之后還有剩余。因此，絕大多數人都不覺得這么多錢應該花在建一幢幾千米高的大樓上。

如果你將來變得富有了，有錢給自己建一幢大樓，并且解決了所有上述的工程難題，但想要造出10億層的高樓還是有不少問題的，因為10億層實在太高了。

一幢普通的摩天大樓假設有100層樓，而如果把100幢摩天大樓疊在一起，大樓頂端高度將會有地面與太空之間距離的一半左右。

但就算這樣，這樁大樓也只有區區1萬層，離小女孩設想的10億層樓還遠著呢。當然，我們可以把100幢上面提到的超級摩天大樓疊起來，形成一幢超級超級摩天大樓。

這幢大樓將會非常之高，以至于太空飛船有可能會一頭撞上去。如果空間站正朝著大樓飛奔而去的話，我們還可以用空間站上的火箭來避免撞擊，但壞消息是太空中滿是壞掉的宇宙飛船和衛星，還有數不清的太空垃圾，這些東西在太空中亂七八糟地飛舞。如果你真的造了一幢超級超級摩天大樓，那么總有一塊飛船碎片會撞上它。

但是超級超級摩天大樓也僅僅只有100萬層樓，和小女孩想要的10億層樓相比簡直不值一提。于是我們把100幢超級超級摩天大樓疊起來，形成一幢超級超級超級摩天大樓，它的樓頂甚至都快夠到月亮了。不過，這樣的項目，估計發改委是不會同意立項的。

但那也只有1億層，要想達到10億層，需要把10幢超級超級超級摩天大樓疊起來，變成一幢究級摩天大樓。

這樣一幢究級摩天大樓基本上是造不出來的。你不但需要防止它撞上月亮，或者被地球自身的引力扯碎，還需要擔心別撞上像巨型隕石這樣曾導致恐龍滅絕的天體。

不過有些工程師們設想出一個和究級大樓很相像的東西——太空電梯。雖然它沒有究級大樓高（太空電梯只延伸到地月中間），但不管怎么說至少在往目標靠攏，不是么？

未來的太空電梯

2012年10月，由美國航空航天局（NASA）前工程師邁克爾·萊恩創辦的電梯港集團公司宣稱，8年內可用現有技術在月球上建造一座太空電梯。

這座太空電梯可以搭載包括大型太陽能發電機、核廢料等各種物品，還可以載人。更重要的是，太空升降艙上天不需要攜帶大量燃料，預計所耗能量不過為宇宙飛船發射的1%。英國的一項測算顯示，用太空升降艙運送一個人和行李的費用僅相當于常用航天飛機運送費用的1/4。

太空電梯想象圖

太空電梯的原理并不復雜，基本上就是一條長長的纜繩一端固定在地球上，另一端固定在地球同步軌道的平衡物(如大型衛星或空間站)上。在引力和向心加速度的相互作用下，纜繩被繃緊，太空電梯將利用太陽能或激光能沿纜繩上下運動。

在建造時，首先要在大洋中建造一個漂浮的平臺，這個平臺要位于一個暴風雨、閃電和巨浪較少的海域，還要遠離飛機的航線和衛星的軌道。太空電梯必須能防雷擊，否則它將容易被斬斷。據設計，太空電梯將重達20噸，整個外形很像一個圓球下面系一根長達10萬千米的纜索軌道。

然后，將履帶軌道固定在纜繩的兩端，并且依靠從地面發射的激光轉換成的電能作為動力加以推動。它將建造成管狀的通道，沿軌道來回運行時，可以將航天器、各種貨物和乘客帶入太空。

太空電梯原理圖

太空電梯效果圖

簡言之，要先發射卷有纜索的衛星或空間站，讓纜索的一端借助重物墜回地面，最終與地球上的平臺相連接，同時，另一端在位于外太空的衛星或空間站上展開。地球自轉時，太空電梯纜索就會產生向上的離心力，而地球的重力將纜索往下拉，這樣纜索就平衡了。

乘人的太空電梯是加壓的密封艙，如要發射衛星，當衛星由太空電梯送到地球靜止軌道高度時，自然就獲得了沿靜止軌道運行所需要的速度（3.08千米/秒），而不需要另外加速就成為地球靜止衛星。發射低軌道衛星時可使衛星沿太空電梯上升，到達預定高度時就離開太空電梯。這時衛星已經獲得一定的切向速度，再補充一定速度就行了。如果加大補充速度，就可以使衛星脫離地球，飛向行星際空間。

目前，俄羅斯、美國和日本等國都在研制太空電梯。建造太空電梯的最大障礙來自纜索的建造。它必須非常輕和極其牢固，并能夠經受住大氣層內外向它襲來的任何物體的撞擊。從理論上計算，制作纜索的材料強度必須達到鋼鐵的約180倍。

日本大林集團計劃建設的“太空電梯”電腦模擬圖。

隨著納米技術的發展，科學家不斷開發出了質量輕、強度高的碳納米管纖維材料，現有的此類纖維材料強度已經達到所需強度的約1/4。考慮到技術發展如此迅速，尤其是轉基因蜘蛛絲技術的發展，超強電纜有望在2050年制成，這使修建太空電梯逐漸成為可能。

超強電纜有望在2050年制成，這使修建太空電梯逐漸成為可能。