【首先声明：本帖只是半科普性水，内容硬度当然比不上吧内大神的技术贴，如果有什么纰漏，欢迎指出】
前言：前阵子看到一个三体黑在他的贴吧中对太空电梯进行可行性分析，其内容，恩········非常“乐观自信”，于是就萌生出发这贴的想法————当然不是出于什么黑的目的
只是想详细科普下。我想许多吧友们对于帖子题目的问题持肯定答案吧；曾有人说，太空电梯将在人们不再嘲笑它的20年后建成。不过，现在人们早已不再嘲笑它，然而太空电梯还是处在幻想阶段······
吧里也有些关于太空电梯的帖子，但总的说不太全面，而且这玩意在三体吧好像挺冷的·····不过我会尽量详细地写，各位在看完本帖后或许会有点新认识·······
【本帖主要参考书籍：《巫师，外星人与星舰》（PS：如果你看过这书了，就没必要看这贴了·····）】
镇楼~
正文：
要解决贴题的问题，我们需要知道有关太空电梯的这几点：
1. 太空电梯的原理；
2.与火箭发射相比有何优点；
3.太空电梯内部的受力情况；
4.建造太空电梯所需材料；
5.运输系统及成本。
对于第一点，我想吧友都应该清楚，但为了接下来的讨论，我还是简单通俗地说说：设想一颗在地球同步轨道上运行的卫星，现在从卫星上向地心方向垂下一根绳索——保证其质量中心始终在地球同步轨道上；我们一直小心地延伸直到绳索的一端到达地面上并将其固定，这样，一个太空电梯的雏形就出来了，或者用齐奥尔科夫斯基的说法：一座“高塔”。
由此可见，太空电梯相当于一个地球同步卫星：其质量中心处于地球同步轨道上，因此永远不会掉下来；轨道周期为24h，也不会飘离地球。这里，地球同步轨道至关重要，因为在这个位置，地球自转产生的离心力与重力相平衡，太空电梯才能保持平衡。 当然，太空电梯的实际高度还要取决于它的质量与配重，但是不可低于同步轨道的。
【2】.与传统火箭运输相比有何优势
关于这点，人们第一想到的就是“便宜”了。
如果用一个词说太空天梯存在的主要原因，那就是能源。传统的火箭发射，需要在发射时达到第一宇宙速度：7.9km/s才能到到低空轨道，随后又需要11.2km/s的初速度达到地球同步轨道。由著名的火箭公式：vf=u·ln（1+mf/mr）[[[这里假设火箭初速度=0，其中，vf为火箭最终速度，u为喷气速度，mf为燃料总质量，mr为火箭不包括燃料的质量]]]，可以看出火箭发射需要大量的燃料和能源，而很多能源是被浪费在携带燃料的需求上了。
但有了太空电梯，这些能源需求就可以完全消失；在太空电梯上，地球的自转就可以为你提供客服引力的动量。
接下来我们看看太空天梯内部的受力情况。
【3】.太空电梯如何稳定？
太空电梯如果被建成，就将是人类史上最高的建筑物了。对于房屋，桥梁等其他建筑，大致可分为2类：通过压力支撑的，部分或主要利用拉力支撑的。而建成一座建筑物则取决于建筑材料的耐压性和抗延展性，这些不多解释。通常的建筑都会同时都受到拉伸力与压力的影响，而在大厦与斜拉桥的建设中，还要考虑张力的影响。
但在上诉的建筑物中，它们都与地面接触，也就是说都需要地面提供支撑，都要考虑压力因素————这是太空电梯与其最不同的地方：基本上，太空电梯可以看成一条悬空的绳索，完全靠拉力支撑。但是具体情况也有点复杂。
学过高中物理的都应该明白，所处轨道越低的卫星，绕轨速度会更快，不然就会掉下来。这个道理放在太空电梯上，就会发现问题：从同步轨道越向下，电梯组成部分的绕轨速度就越低于同轨道卫星的速度。这样，这部分电梯就有想下掉落的趋势；阻止它掉落的力量，来自于紧挨着的上半部分。根据牛三，这“上半部分”就会受到一个向下拉的力。
相同的情况也发生在同步轨道以外的部分，只不过这部分电梯的绕轨速度高于同轨道卫星的速度，会有远离地球的趋势；这样与之相连的下半部分就会受到一个向上拉的力——这样，就给太空电梯带来了内部张力。
太空电梯内部的张力十分巨大，这里简单草算一下：回想第一点所说的太空电梯雏形，一个同步轨道卫星，下方悬挂有一指向地心与地面接触的“绳索”。
现在卫星承受的力（用作绳索承受拉力的近似值），为它的“有效重力”： T=M·g`=ρ·g`·L·A
这里L为电梯长度，A为横截面积，g`为有效重力加速度，对于太空电梯而言g`并不等于地球重力加速度（PS：原文中的有效重力加速度有一个eff脚标，这里楼主直接用g`表示）
这里g`的取值十分麻烦，因为随着太空电梯的上升g`会不断减少（而越过同步轨道方向就会反转），我们就假设取值为实际加速度的十分之一：1m/s^2吧。
上面的公式可以计算出同步卫星（或者说太空电梯终端空间站）所受的拉力的近似值T，但我们需要的，是绳索能承受的单位拉力强度Ｙ，这个数值等于拉力T除以横截面积A： Ｙ=g`·L·ρ
好了，我们已经可以计算出来了。假设绳索长度L为140000km（原因参见后文），如果使用钢材的话，那么ρ=8000kg/m^3 ； 这样，最大拉力Ｙ≈10^12N/m^2 ————很粗略的计算结果吧，233，不过还是能说明一个 问题：钢材能承受的最大拉力只有2.5X10^8N/m^2，这比我们的计算结果小了4个数量级，因而钢材绝对不合适~~~
前言：前阵子看到一个三体黑在他的贴吧中对太空电梯进行可行性分析，其内容，恩········非常“乐观自信”，于是就萌生出发这贴的想法————当然不是出于什么黑的目的
只是想详细科普下。我想许多吧友们对于帖子题目的问题持肯定答案吧；曾有人说，太空电梯将在人们不再嘲笑它的20年后建成。不过，现在人们早已不再嘲笑它，然而太空电梯还是处在幻想阶段······吧里也有些关于太空电梯的帖子，但总的说不太全面，而且这玩意在三体吧好像挺冷的·····不过我会尽量详细地写，各位在看完本帖后或许会有点新认识·······
【本帖主要参考书籍：《巫师，外星人与星舰》（PS：如果你看过这书了，就没必要看这贴了·····）】
镇楼~
正文：
要解决贴题的问题，我们需要知道有关太空电梯的这几点：
1. 太空电梯的原理；
2.与火箭发射相比有何优点；
3.太空电梯内部的受力情况；
4.建造太空电梯所需材料；
5.运输系统及成本。
对于第一点，我想吧友都应该清楚，但为了接下来的讨论，我还是简单通俗地说说：设想一颗在地球同步轨道上运行的卫星，现在从卫星上向地心方向垂下一根绳索——保证其质量中心始终在地球同步轨道上；我们一直小心地延伸直到绳索的一端到达地面上并将其固定，这样，一个太空电梯的雏形就出来了，或者用齐奥尔科夫斯基的说法：一座“高塔”。
由此可见，太空电梯相当于一个地球同步卫星：其质量中心处于地球同步轨道上，因此永远不会掉下来；轨道周期为24h，也不会飘离地球。这里，地球同步轨道至关重要，因为在这个位置，地球自转产生的离心力与重力相平衡，太空电梯才能保持平衡。 当然，太空电梯的实际高度还要取决于它的质量与配重，但是不可低于同步轨道的。
【2】.与传统火箭运输相比有何优势
关于这点，人们第一想到的就是“便宜”了。
如果用一个词说太空天梯存在的主要原因，那就是能源。传统的火箭发射，需要在发射时达到第一宇宙速度：7.9km/s才能到到低空轨道，随后又需要11.2km/s的初速度达到地球同步轨道。由著名的火箭公式：vf=u·ln（1+mf/mr）[[[这里假设火箭初速度=0，其中，vf为火箭最终速度，u为喷气速度，mf为燃料总质量，mr为火箭不包括燃料的质量]]]，可以看出火箭发射需要大量的燃料和能源，而很多能源是被浪费在携带燃料的需求上了。
但有了太空电梯，这些能源需求就可以完全消失；在太空电梯上，地球的自转就可以为你提供客服引力的动量。
接下来我们看看太空天梯内部的受力情况。
【3】.太空电梯如何稳定？
太空电梯如果被建成，就将是人类史上最高的建筑物了。对于房屋，桥梁等其他建筑，大致可分为2类：通过压力支撑的，部分或主要利用拉力支撑的。而建成一座建筑物则取决于建筑材料的耐压性和抗延展性，这些不多解释。通常的建筑都会同时都受到拉伸力与压力的影响，而在大厦与斜拉桥的建设中，还要考虑张力的影响。
但在上诉的建筑物中，它们都与地面接触，也就是说都需要地面提供支撑，都要考虑压力因素————这是太空电梯与其最不同的地方：基本上，太空电梯可以看成一条悬空的绳索，完全靠拉力支撑。但是具体情况也有点复杂。
学过高中物理的都应该明白，所处轨道越低的卫星，绕轨速度会更快，不然就会掉下来。这个道理放在太空电梯上，就会发现问题：从同步轨道越向下，电梯组成部分的绕轨速度就越低于同轨道卫星的速度。这样，这部分电梯就有想下掉落的趋势；阻止它掉落的力量，来自于紧挨着的上半部分。根据牛三，这“上半部分”就会受到一个向下拉的力。
相同的情况也发生在同步轨道以外的部分，只不过这部分电梯的绕轨速度高于同轨道卫星的速度，会有远离地球的趋势；这样与之相连的下半部分就会受到一个向上拉的力——这样，就给太空电梯带来了内部张力。
太空电梯内部的张力十分巨大，这里简单草算一下：回想第一点所说的太空电梯雏形，一个同步轨道卫星，下方悬挂有一指向地心与地面接触的“绳索”。
现在卫星承受的力（用作绳索承受拉力的近似值），为它的“有效重力”： T=M·g`=ρ·g`·L·A
这里L为电梯长度，A为横截面积，g`为有效重力加速度，对于太空电梯而言g`并不等于地球重力加速度（PS：原文中的有效重力加速度有一个eff脚标，这里楼主直接用g`表示）
这里g`的取值十分麻烦，因为随着太空电梯的上升g`会不断减少（而越过同步轨道方向就会反转），我们就假设取值为实际加速度的十分之一：1m/s^2吧。
上面的公式可以计算出同步卫星（或者说太空电梯终端空间站）所受的拉力的近似值T，但我们需要的，是绳索能承受的单位拉力强度Ｙ，这个数值等于拉力T除以横截面积A： Ｙ=g`·L·ρ
好了，我们已经可以计算出来了。假设绳索长度L为140000km（原因参见后文），如果使用钢材的话，那么ρ=8000kg/m^3 ； 这样，最大拉力Ｙ≈10^12N/m^2 ————很粗略的计算结果吧，233，不过还是能说明一个 问题：钢材能承受的最大拉力只有2.5X10^8N/m^2，这比我们的计算结果小了4个数量级，因而钢材绝对不合适~~~
绚濑绘里
不熬夜
