20200408 日本正在將宇宙電梯從科幻帶到現實 老高與小茉文字稿

大家好,我是老高,咱們今天來講一個非常有夢想的話題,宇宙電梯

所謂宇宙電梯也就是大家在科幻片上經常看到一種連接地面和宇宙一種非常高的電梯,那麼最早提出這個設想是被稱作人類宇宙航行之父的俄國著名航天航空學家康斯坦丁,他的120年前也就是1895年的時候,去參觀法國的埃菲爾鐵塔的時候產生了宇宙電梯的想法,這個叫康斯坦丁的人,絕對是個神人,他大概三歲能抬頭,他和兩歲能抬頭的芬奇村的萊昂納多都從來沒有上過學,他的所有的知識也都是自學。

而且他這一輩子大部分時間都住在俄羅斯郊區的一個小木屋裡

小茉:他沒有被外界干擾過?

老高:幾乎沒有結果,他就在小木屋裡算出了第一宇宙速度,而且設計了最初的火箭的模型,他這個人對宇宙特別有興趣,而且非常主張太空之旅。他有句名言,他說地球是人類的搖籃但是人類不能一直生活在搖籃里,而且他認為人最終會成為像神一樣存在,可以操控天、操控地、操控時間、操控萬物,他認為這是一種必然結果。那麼由於當初他提出宇宙電梯的想法時候,連火箭都還沒有,所以就停留在一個想法階段,直到60年後,也就1960年的時候,俄羅斯的一個工程師叫做尤里阿吉塔諾夫,他就把康斯坦汀的理論具體化,提出了一個可能實施的具體方案,通常我們進電梯感覺從地球往上建,他說不是,是從太空往下建,就說離地面36,000公里的地方,有一個圓形的軌道叫做靜止軌道,在這個軌道上所有運行的衛星相對於地球表面是靜止的,它和地球旋轉速度是一樣的,你在地球表面上看它就停在那,所以叫靜止軌道。

他把衛星發到靜止軌道上之後,從衛星上伸下一個繩子,繩子上掛一重物,就把它垂到地球上來。理論上只要繩子足夠長的話,就一定會垂到地面,垂到地面上之後就把地面上這一端固定下,這樣的話地球就和衛星用繩子連起來了。但是有一個問題就是重物垂下來之後,衛星和重物整體的重心就向下移了,就離開了軌道。為了保證衛星始終保持在靜止軌道上,就需要向另一個方向相反的方向,也伸出一個手從兩邊伸向宇宙,這樣的話基本達到地面的時候,另一頭就到了宇宙的72,000公里的地方。

但是有一個問題就是72,000公里長的繩索,它垂直在地面上,它是處於一個平衡狀態,你扯它就掉下來了,為了不讓它掉下來,這頭拴在地球上,另一頭繼續延長,延長到大概10萬公里的時候就行了,然後有了這根繩子之後,用一個升降機攀岩繩子就完成了一個宇宙電梯,那麼10萬公里長的宇宙電梯理論上可以承載100噸的重量。那麼這個理論看上去這麼簡單的話,很多國家就已經開始嘗試要做這件事情了,結果30年過去了,都沒有任何國家有任何進展,直到1991年有一個國家有了突破性的進展,就是日本。

為什麼其他國家沒有進展?只有日本有進展,就要提到宇宙電器中最核心的一個問題就是繩索。用什麼材料?一般的鋼鐵是不行的,鋼鐵密度太大,它自重太大,長到一定程度的時候,它就由於自重自己就斷了。就像人你長得太高的話,腿就受不了,但樹可以樹長100多米都沒有問題,所以理論上就要找到一種比木頭還輕,但要比鋼鐵還硬著的金屬。就找這個材料,找了30多年沒人找得到,直到1991年的時候,日本駐波nec實驗室的一個物理學家范導成男在碳纖維中發現的這種碳纖維管這個東西自然生成,但是它不符合自然規律,所以所以被稱作為叫「超自然材料」,就說按理來說自然界是不應該存在的。

小茉:誰給放這了?

老高:有點這種感覺,就說從理論上自然環境是不能生成這種東西,但是它偏偏存在,所以懷疑就有外星人留在這了。或者是以前有過高度文明生產的殘骸之類的,以後我們有機會再給大家講,那麼這個材料的特點就是超輕、超硬,而且有一定的柔韌性。

小茉:好適合這個老高:對,你就可以用這種材料製成這種頭髮絲細的這種炭絲一根,就可以吊起汽車,如果幾捆纏在一起的強度大概能達到宇宙電梯要求強度的一倍以上,而且10萬公里也應該不會斷。

但是這個材料目前無法量產,它是分子結構的這麼一種材料,所以理論上就要一個分子一個分子這樣就把它連起來,所以目前技術感覺10萬公里有點太難。但是日本現在似乎感覺這個事兒希望變大了,他們可能在這個技術上有非常大的突破的,尤其是日本著名的建築公司大林組,他們在主頁上已經刊登出來,他們要在2050年實現宇宙電梯。日本大林組,是擁有130年歷史的一個建築公司,他特別擅長建高塔,日本的晴空塔,六本木新城都是他建的

小茉:碳纖維管它是碳,不是易燃嗎?

老高:其實碳纖維不易燃 ,耐高溫,所以才能用來做車。好,這麼難實現的一個東西,為什麼要實現它?做成了宇宙電梯究竟有多大好處?其實實現宇宙電梯的唯一目的就是為了取代火箭。我們現在地球上的人也好東西也好,要想離開地球,唯一方法就是火箭,但是火箭有很多問題,第1個就是火箭成本太高,現在發一次火箭比以前便宜很多了,但是一次也要2億美金,為什麼這麼貴?是因為火箭都是一次性發出去就扔了,那麼一艘火箭大概1億美金左右發射,發射費1億,合起來2億,那麼1億美金的火箭究竟貴不貴?波音787一架3億美元,比火箭還貴,但是飛機可以用1萬次,火箭只能用一次。那麼火箭第2個問題就是它不安全,即使到現在了,火箭發射的失敗率還是蠻高,所以用它來運人的話,誰也都不願意去冒這個風險,是吧?尤其一些大富豪們

小茉:前澤不是要去嗎?

老高:對。前澤可能有點緊張。第3個問題就是火箭非常的不環保,我們剛才說了火箭是一次性的,火箭升上空的時候它就扔在太空里,形成太空垃圾,這些太空垃圾高速圍繞地球旋轉,所以就很有可能撞到衛星或撞到升空的一些其他火箭,而且垃圾自己還互撞,所以現在宇宙垃圾也成為一個很大的課題。

不過現在為什麼這些垃圾沒有撞到衛星?是因為NASA有一項技術可以監控所有超過10厘米的宇宙垃圾的位置,就可以讓衛星避開這些垃圾!除此之外,火箭在升空的時候,它燃料產生的物質,它可能破壞臭氧層,如果發火箭發多了臭氧層不斷變稀薄了,我們就直接變成地底人了!再一個就是火箭效率太低了,火箭要把30噸的物資發送到宇宙,需要消耗2000噸的燃料,屬於效率最低的交通工具了,所以火箭就是這樣一個效率又低,成本又高又危險!還破壞環境的這麼一個非常不合理的工具,於是我們就要找到一種能夠替代火箭的替代案。

那麼替代案當中宇宙電梯就是一個非常好的方案,宇宙電梯第1個好處就是特別安全,它是有一個繩子,你在繩子上爬它也不會有什麼太大的威脅,所以就會有更高的機會把人送到宇宙當中。第2個就是成本低,它不消耗這種化學燃料,它用電

小茉:電是在地球上發還是在太空中發

老高:你說的又是一個非常重要的問題。電是在地球上輸送到升降機上,而這個升降機不能通過有線的方式來輸送,需要通過無線的方式來輸送電,這個也是大林組他們說要解決的一個課題,他們要在宇宙電梯實現之前先要實現10萬公里的遠程輸電,我覺得比宇宙電梯還牛其實不用10萬公里,只要實現2萬公里的遠程輸電,全地球任何地方都可以遠程輸電。

它其實就像一個機器,它自己往上爬,繩子它一開始爬的時候是用電的,爬著速度越來越快了之後,就可以利用這個動能不斷的轉化成勢能,而且超過了靜止軌道之後就可以用離心力把它甩出去了,所以後半程幾乎不需要用電,它回程的時候也是一樣,前半段需要用電,跑著後來就變成自由落體了,然後到最後給它減個速就行了,所以用電量沒有想像那麼多了。還有一個問題,它速度究竟有多快的問題。現在大林組預計時速能達到200公里,但是即使是每小時200公里,要從電梯的底層跑到10萬公里對面來,就500個小時,也就是20天。

小茉:那一次電梯能坐多少人?

老高:可以100噸吧?

小茉:100噸,可是40天來回

老高:對,來回40天。

小茉:你得帶吃的水啊

老高:物資是吧?按照他們的計算,如果宇宙電梯建好了之後,宇宙旅行的費用可以降到幾百美金,也就是說可能比你一般的旅遊都要便宜。而且2050年我們大部分觀眾應該都能堅持到。宇宙電梯還有個好處,就是它特別環保,不會產生宇宙垃圾,所以怎麼看都是應該努力的方向嘛,那麼造成一台宇宙電梯究竟要花多少錢?根據日本宇宙電梯協會的計算,建一台宇宙電梯預計需要100億美金,100億美金了,就是100個火箭,那麼100個火箭也就能用幾年,所以電梯如果建好了幾年就能收回成本,而且100億比爾蓋茨就能建10個,這樣就會覺得不是很貴的,對不對?

而且日本建一個磁懸浮列車的全線的軌道就要這個價錢10倍。所以你說這個價錢貴不貴,完全不貴,關鍵就是材料的問題。那麼2012年的時候,大林組就在地面上進行了一次實驗,他拿著氫氣球、拴起個繩,然後弄一個小的馬達的升降機在跑,他覺得這個挺合理的。那麼大林組的負責人在採訪的時候,他說他們在2030年的時候就要已經開始施工這個項目,所以在2030年之前他們要解決三個課題,第1個就要做10萬公里長的碳纖維管材料,第2個就是要測試10萬公里長碳纖維材料的強度。第3個就是實現10萬公里遠的無線傳輸電源。其實聽完他這個採訪我就想現在是2020年了,我覺得他2030年之前,如果真的實現無線電力傳送的話,那就太帥了。家裡沒有任何電線什麼的,手機也不用充電了,隨時都可以用,真是太方便。

小茉:然後人工智慧還有機器人等他們就不用充電

老高:永遠有電永遠在那工作

小茉:對,你就沒辦法拔插銷了。

老高:你肯定打不過他們,有的是電是不是?你還得吃飯都睡覺,他不需要。

那麼大林組為什麼這麼積極的要做這個事情,他覺得這個事情商業性非常的好,如果真的要就花幾百美金就可以到宇宙去玩一次,我覺得全世界大部分人都應該想去一次

小茉:想去一次

老高:而且如果哪個城市有這麼一個電梯才是豎著,這絕對是城市的標杆性建築,對不對?大家都想來拍照,就城市建設城市發展就起來了。那麼還有一個重大的意義,就是宇宙電梯作為宇宙移民來說,是一個非常重要的基礎設施。人類以後要開發宇宙移民,火星,建造宇宙城市,太空堡壘都不能靠火箭來完成,都得靠宇宙電梯的,因為需要輸送大量的建築物資

小茉:就地取材不行?

老高:你到火星當然可以就地取材,但是你要太空堡壘或者太空城市的話就不行。

小茉:太空城市都不到星球啊

老高:就只在飄在太空上了,就像一個大號的宇宙空間站一樣,但是是一個城市,大家住在裡面,這個以後我們有機會給大家講一下,這裡邊涉及到很多其他的太空技術,比如說人造重力,我們以前講過人類是不能控制重力的,但是在那個地方就必須製造重力,人沒有重力的話就會生病

小茉:或者我們也有一種「迷網」,就等待這種重力變化

老高:有可能就是身體的某一個組織變異了,然後他就適應了無重力之類的。那麼宇宙電梯還有一個非常重大的意義,就是如果這個東西能在地球上實現的話,就很容易可以移植到火星上,月球上,也就說它火星上也可以建個電梯,月球上應該可以建,而且在火星和月球這種重力比較小的星球上更容易建。他對材料的要求更低,他重力輕啊,這樣如果每個星球上都有一個太空電梯的話,我們到這個星球上也容易一些,我們不用飛到那個星球,還要考慮降落的問題。就直接飛到太空電梯的那一端,然後和他一對接,人下來時候坐電梯就下到地面了,就很方便,而且還有一個非常值得期待的,就是能夠方便把宇宙中的物質帶回地球,現在要把宇宙中物質帶回地球,也得靠宇宙飛船。但是能承載量就非常的小。但是如果有電梯就可以把大塊的往回帶。其實我們地球周圍有大量的資源在宇宙里。

小茉:隕石嗎?

老高:對。都在這些隕石上面。咱們地球原先也有大量的資源,但是由於重力這個東西都漸漸沉到地核裡邊去了,現在表面上都是些輕的東西,所以重金屬什麼都沒有了,黃金也很少。但是隕石不一樣,隕石它不會往下沉,它上面有什麼就是什麼。目前發現了有一些掠過我們地球的小行星,上面全都是白金,全都是鑽石。

你只要攔截一個,從宇宙中拿過來,放在宇宙電梯上運回來,你就發了。

小茉:拿回來歸誰?

老高:你問到了一個非常重要的問題,2015年的時候美國通過了一個法案,叫做商業宇宙開發競爭法案,這個法案就規定,在宇宙中個人開發的資源或者法人開發的資源,都歸個人和法人所有。真的啊。那麼它法律的根據是什麼?就是國際法中的一個叫做蓮花原則,蓮花原則什麼意思?就是1926年的時候,有一個法國的船開往土耳其,結果在靠近土耳其港口的時候與土耳其的船相撞,把土耳其的船撞翻了,上面人也都死了。那麼法國船靠港了之後,土耳其的警察就上去把法國人抓了,於是國際法庭就遇到了一個難題就是說法國的船能不能接受土耳其當地的審判,就是能不能使用土耳其的法律?最後國際法庭給出了一個仲裁結果,就是說是可以使用的。這個後來就被稱作叫蓮花法則。為什麼叫蓮花?因為法國那個船叫蓮花號,這個蓮花原則其實就是一句話,就是國際法中沒有禁止的事情,各個國家就可以根據自己國家可以控制的範圍進行管轄。宇宙條約有規定,天體是不能被佔有的,任何國家不能說擁有任何一個星球,但是星球上的資源它不屬於天體,所以資源是可以被個人和法人所有,所以如果美國公司如果在宇宙中發現了一個全是鑽石的一個小行星,或者是一塊隕石。他帶回來就他自己。

小茉:那怎麼沒拿呢?

老高:沒有電梯啊,運不回來

小茉:你說是不是宇宙飛船回航的時候,好幾次都看見了。

老高:太大塊了,抬不回來,哈哈哈。

這些隕石上有多少資源?曾經發現了一塊直徑大概一公里長的隕石,隕石上含有的鐵的量,比全地球一年開採的總量還多,你把這塊鐵搬回來,你就是全球的鋼鐵大王,就宇宙里到處都飄著這些東西,有的就以我們擦肩而過了就沒有了,再見,像1997年時候飛過的一個全是鉑金的一個隕石,鉑金量比整個地球所有的鉑金量多,但是你就攔截不了,你也是控制不了它就飛走了

小茉:那怎麼捕捉它啊?

老高:在這個隕石上釘幾個小的推進器,它速度越來越慢了之後,你就給他慢慢地移向宇宙電梯,接上自由落體就掉下來了。那麼宇宙電梯就是這麼一個非常有夢想的這麼一個東西,怎麼樣以後就可以輕易到宇宙去旅遊了?

小茉:嗯我覺得我現在就在太空,像宇航員一樣,隔離在家裡,然後只能遠程聯繫。然後,每一個家庭都是一個空間站。可真的,然後他們把頭包的嚴嚴的,就像

老高:真的,可真的完全一樣,就完全想像自己在太空就真的是在,對不對?而且特別高級,有重力。

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