超级摩天大楼与太空电梯

译- 猪的米

建造一幢几十亿层楼高的房子，需要克服哪些困难？是否可行？充满奇思妙想的太空电梯，又将在何时问世？

家住美国宾夕法尼亚的Keira有一个四岁半大的可爱女儿。四岁半，正是爱搭积木的年龄，因此小女孩总是不停地对她母亲说，她想要建一幢几十亿层楼高的房子。

那么，要建造一幢这么高的大楼需要克服哪些困难？

造出耸入太空的高楼？

尽管我们现在造的大楼十分结实，但我们没法造出一座高耸入太空的大楼，因为这样的话，大楼顶部的重量会压垮大楼的底部。

我们已经有能力把大楼造得非常高。世界上最高的大楼有将近1000米高，如果我们愿意的话还可以造出2000或3000米高的大楼，而且还能保证这幢大楼屹立不倒。不过，要是再想建得高一些的话就有些困难了。

除了自身重量太大以外，高楼还面临着许多其他问题。

其中一个问题就是风。高空中的风十分强劲，高楼要造得十分结实才能保证不被大风吹倒。

另外一个问题可能不太容易想到，它就是电梯。建了高楼就得修电梯，因为没人愿意辛辛苦苦爬几百级楼梯。如果一幢高楼楼层数很多的话，我们就需要很多运行于不同区域的电梯，这样才能满足同一时间大量人上上下下的需求。如果一幢楼过高的话，整幢楼基本就被电梯井给塞满了，基本就没有剩余空间来造房间了。

电梯和风已经算是不小的难题了，但最大的问题是钱。

要想造一座很高很高的大楼需要花很多钱。比如：造一幢几千米高的大楼，需要花费数十亿美元的资金。这可是一大笔钱！实际上，如果你有10亿美元，你可以先租到一艘巨型太空飞船，然后拯救世界上所有濒危的狐猴，再给每个居住在美国的人一美元，并且在这之后还有剩余。因此，绝大多数人都不觉得这么多钱应该花在建一幢几千米高的大楼上。

如果你将来变得富有了，有钱给自己建一幢大楼，并且解决了所有上述的工程难题，但想要造出10亿层的高楼还是有不少问题的，因为10亿层实在太高了。

一幢普通的摩天大楼假设有100层楼，而如果把100幢摩天大楼叠在一起，大楼顶端高度将会有地面与太空之间距离的一半左右。

但就算这样，这桩大楼也只有区区1万层，离小女孩设想的10亿层楼还远着呢。当然，我们可以把100幢上面提到的超级摩天大楼叠起来，形成一幢超级超级摩天大楼。

这幢大楼将会非常之高，以至于太空飞船有可能会一头撞上去。如果空间站正朝着大楼飞奔而去的话，我们还可以用空间站上的火箭来避免撞击，但坏消息是太空中满是坏掉的宇宙飞船和卫星，还有数不清的太空垃圾，这些东西在太空中乱七八糟地飞舞。如果你真的造了一幢超级超级摩天大楼，那么总有一块飞船碎片会撞上它。

但是超级超级摩天大楼也仅仅只有100万层楼，和小女孩想要的10亿层楼相比简直不值一提。于是我们把100幢超级超级摩天大楼叠起来，形成一幢超级超级超级摩天大楼，它的楼顶甚至都快够到月亮了。不过，这样的项目，估计发改委是不会同意立项的。

但那也只有1亿层，要想达到10亿层，需要把10幢超级超级超级摩天大楼叠起来，变成一幢究级摩天大楼。

这样一幢究级摩天大楼基本上是造不出来的。你不但需要防止它撞上月亮，或者被地球自身的引力扯碎，还需要担心别撞上像巨型陨石这样曾导致恐龙灭绝的天体。

不过有些工程师们设想出一个和究级大楼很相像的东西——太空电梯。虽然它没有究级大楼高（太空电梯只延伸到地月中间），但不管怎么说至少在往目标靠拢，不是么？

未来的太空电梯

2012年10月，由美国航空航天局（NASA）前工程师迈克尔·莱恩创办的电梯港集团公司宣称，8年内可用现有技术在月球上建造一座太空电梯。

这座太空电梯可以搭载包括大型太阳能发电机、核废料等各种物品，还可以载人。更重要的是，太空升降舱上天不需要携带大量燃料，预计所耗能量不过为宇宙飞船发射的1%。英国的一项测算显示，用太空升降舱运送一个人和行李的费用仅相当于常用航天飞机运送费用的1/4。

太空电梯想象图

太空电梯的原理并不复杂，基本上就是一条长长的缆绳一端固定在地球上，另一端固定在地球同步轨道的平衡物(如大型卫星或空间站)上。在引力和向心加速度的相互作用下，缆绳被绷紧，太空电梯将利用太阳能或激光能沿缆绳上下运动。

在建造时，首先要在大洋中建造一个漂浮的平台，这个平台要位于一个暴风雨、闪电和巨浪较少的海域，还要远离飞机的航线和卫星的轨道。太空电梯必须能防雷击，否则它将容易被斩断。据设计，太空电梯将重达20吨，整个外形很像一个圆球下面系一根长达10万千米的缆索轨道。

然后，将履带轨道固定在缆绳的两端，并且依靠从地面发射的激光转换成的电能作为动力加以推动。它将建造成管状的通道，沿轨道来回运行时，可以将航天器、各种货物和乘客带入太空。

太空电梯原理图

太空电梯效果图

简言之，要先发射卷有缆索的卫星或空间站，让缆索的一端借助重物坠回地面，最终与地球上的平台相连接，同时，另一端在位于外太空的卫星或空间站上展开。地球自转时，太空电梯缆索就会产生向上的离心力，而地球的重力将缆索往下拉，这样缆索就平衡了。

乘人的太空电梯是加压的密封舱，如要发射卫星，当卫星由太空电梯送到地球静止轨道高度时，自然就获得了沿静止轨道运行所需要的速度（3.08千米/秒），而不需要另外加速就成为地球静止卫星。发射低轨道卫星时可使卫星沿太空电梯上升，到达预定高度时就离开太空电梯。这时卫星已经获得一定的切向速度，再补充一定速度就行了。如果加大补充速度，就可以使卫星脱离地球，飞向行星际空间。

目前，俄罗斯、美国和日本等国都在研制太空电梯。建造太空电梯的最大障碍来自缆索的建造。它必须非常轻和极其牢固，并能够经受住大气层内外向它袭来的任何物体的撞击。从理论上计算，制作缆索的材料强度必须达到钢铁的约180倍。

日本大林集团计划建设的“太空电梯”电脑模拟图。

随着纳米技术的发展，科学家不断开发出了质量轻、强度高的碳纳米管纤维材料，现有的此类纤维材料强度已经达到所需强度的约1/4。考虑到技术发展如此迅速，尤其是转基因蜘蛛丝技术的发展，超强电缆有望在2050年制成，这使修建太空电梯逐渐成为可能。

超强电缆有望在2050年制成，这使修建太空电梯逐渐成为可能。