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太空争霸①:扶不起的阿斗~太空电梯

潇遥子的科幻未来 逍遥世间游 2023-06-16

       从这一期开始,人类的星际未来史走入第一个篇章:以地球轨道和引力圈为主战场的太空争霸时代……


避免天下大乱的出路~商业化太空开发

       文明因为人口的繁衍和欲望的膨胀,总是处在不断扩张的过程中,一旦扩张长期受阻,就会被不断增长的欲望反噬,出现内乱甚至崩溃, 解决之道则是发掘新的“负熵”系统。

      上世纪70年代,伴随人类文明几千年的金本位货币体系余晖~布雷顿森林体系崩溃之后,以美债为锚的信用货币体系走上前台,助推全球化浪潮,挖掘各新兴经济体人口大国的廉价生产力,成为推动世界经济增长、减缓人类文明熵增的主流模式。


熵增定律被称为物理学上最绝望的定律!因为:熵不可逆,也无法再利用,并且永远增加


      于是我们看到,无论1997年的金融海啸,2008年的次贷危机,还是这几年的新冠疫情大爆发,信奉“凯恩斯主义”的各大央行和政客们总是轻车熟路地祭出一招:印钞放水用放大信用借贷来维系持续走低的GDP增长率。无非各家形式有所不同罢成为了,花旗国是一轮又一轮的QE量化宽松、欧盟就一次次的重组(印钞买)成员国主权债务,而日本则是一头扎进东京证券交易所,闭着眼睛不停滴买买买,新兴经济体们同样不甘寂寞,各有邪招。

      这其实就是人类社会在对抗熵增的终极游戏中越来越乏力的表现。

熵增定律:在一个封闭的系统中,如果没有外力作用,混乱度(熵)会不断增大。这是整个宇宙的底层规律

对抗熵增只有一条路:拓展系统的边界,一直努力直到宇宙的尽头(到那会儿就真的彻底没戏了


以下斜体蓝字是“花边插播”

       关于这个大名鼎鼎的“凯恩斯主义”,插播一段小八卦,冲谈一下烧脑、严肃的气氛,咱们只是个放飞想象力的科幻聚会而已,东拉西扯的网络云神侃可以让大伙在搬砖之余放松一下,茶水零食啥的就只能麻烦各位自备了。


1915年,凯恩斯(中)和哲学家伯兰特·罗素(左)以及作家立顿·斯特拉齐(右)在一起


“就长期而言,吾等皆已逝去!(In the long run,we are all dead!)”

  这句生动而直白的名言出自约翰·梅纳德·凯恩斯(John Maynard Keynes1883-1946),现代最有影响的经济学家之一,他创立的宏观经济学与弗洛伊德所创的精神分析法、以及爱因斯坦发现的相对论,一起并称为二十世纪人类知识界的三大革命。

       凯恩斯还是顶级经济学家里唯一的股神,没有之一,在管理剑桥大学切斯特基金的18年里(1925~1945年),年均回报率惊人!

        凯恩斯这句名言的意思是:关注长期问题没意义!

        虽然此言是针对经济领域说的,但是小孩子都知道没钱寸步难行的常识,任何社会的运行、稳定和发展显然都离不开经济,因此也就有理由相信凯恩斯对社会运行也是这么想的。

        这句话让许多超级大咖们很不爽,比如熊彼得、哈耶克等等,以至于哈佛大学历史学教授尼尔·弗格森在一次演讲的问答环节中说:凯恩斯之所以这么说,是因为凯恩斯这位柔弱的经济学家是一个同性恋,而且没有孩子,因此他不太关心后辈的命运。     

       大神们之间的撕逼我们不好评判是非对错,不过现实世界中还是有许多有趣的灵魂愿意关注一些着眼长期的“无用之学”的!比如科幻。      

 

        好了,八卦插播结束,回到正题。

对抗熵增

       全球化固然能有效挖掘新兴经济体这个低熵洼地,但也带来人口在全球大规模流动,使得不同文化、宗教、信仰的族群加速深度混杂,造成不同文明系统之间的固有矛盾越来越直接,对抗越来越激化,而且难以调和。结果大家都看到了,全球化的阻力越来越大,逆全球化的趋势在肉眼可见中日渐壮大,全球化挖掘低熵洼地的空间也所剩不多了!世界急需拓展新的负熵系统。

你家那只量子猫的熵是正还是负?


       按说各国政要、精英们不可能不知道:持续透支自家货币信用的行为无益于饮鸩止渴,绝非长久之计,那他们为什么还要一条道走到黑呢?

       答案是:他们在拖,拖住大萧条的脚步;在等,等待白衣骑士驾着七彩祥云来拯救自家经济。那么他们苦苦等待的白衣骑士又会是谁呢?

       这个白衣骑士就是科技进步,纵观人类历史,只有科技进步能跨越式地提高生产力、推动产业升级、创造全新的需求、全新的行业和就业岗位,实现经济的可持续发展,进而催化社会的进步、文明的演进。

       这一次,逍遥子觉得,扮演白衣骑士的主角很有可能要轮到商业化太空开发了!


最浪漫的科幻~太空电梯

       要想把太空探索从各国官方多年来无休止的花大钱,却始终没啥直接经济效益的财政负担,变成推动本国产业升级、解决大规模就业,进而挽救世界经济的超级新兴产业,首先就要解决把大批量人员、设备和资源低成地本送入太空的手段,这一点上,当今最成功商人之一:马斯克已经在做了,十几年来,每当他旗下的的SpaceX公司做出一些成效,社会舆论和资本市场就一片欢腾,给与极高的赞誉和金融溢价,可见其潜在的商业市场有多大、多迫切!

SpaceX猎鹰火箭成功回收着陆

       不过遗憾的是,马斯克的猎鹰系列火箭降低的成本虽然令人兴奋,但距离大规模的太空商业开发,比如太空旅游、太空城建设、火星殖民、月球和太空采矿等等,运输成本显然还是不够便宜。不过,现实中虽然还没有,但在科幻中早都有了,就是太空电梯!

       最早提出太空天梯设想的人是现代航空航天之父:俄罗斯火箭科学家齐奥尔科夫斯基(1857年—1935年),多年后,科幻小说大师阿瑟·克拉克在他的长篇小说《天堂的喷泉》(1978年),以及刘慈欣的科幻小说《三体》等无数科幻作品中,高耸入云的太空电梯成了人类文明未来往返地球太空轨道的标配。


设想中的太空电梯

       根据科学家们的设想,太空电梯的上端是一个位于距离地面3.6万公里地球同步轨道之上的巨型空间站,从空间站向地面垂下一条特殊材料制成的缆绳直到地面基站,沿着这条数万公里长的缆绳,修建往返于地球和太空之间的电梯型太空升降舱,用来运输物资和人员,坐电梯厢上下的速度如同高铁,从地面到几万公里的同步卫星轨道大约需要几天时间。

设想中的太空电梯升降舱

       一次性投入,永久重复使用,太空电梯往返太空,不需要携带和消耗大量燃料,首先是大大节省了成本。

       其次,搭乘太空电梯的乘客,无需具备专业航天员的身心素质和专业技能,普通人也能轻松上太空,自然会极大促进太空旅游的蓬勃发展。

       相对于火箭,太空电梯确实是一种将人员和货物低成本送入太空的理想方式。


童话里都是骗人的~太空电梯的致命缺陷

       可惜的是,理想很丰满、现实很骨感,太空电梯实现的难度之大远超想象,各种技术、工程、维护、成本、安全难题很多,大多在可以预见的未来难以逾越,网上有许多专业、细致、严谨的分析,大家有兴趣的话可以自行搜索,这里只说说几条最关键的。


困难首先来自技术和成本方面

       太空电梯顶端的巨型太空站并不是位于同步卫星轨道上,而是需要在更高的位置,因为整条“电梯”:包括几万公里长的电梯缆绳、升降仓、电机、供电系统,以及各种必要的其它设施,再加上太空站,整个系统的“重(质)心”必须要恰好落在35786公里的地球同步静止轨道,才能保证太空天梯相对于地球是稳定、静止地呆在太空某个点,既不会掉下来也不会“飘走”。

       地面基站必须位于环地球赤道圈的某处,否则数万公里的“天梯”就是斜的,那样肯定不稳啊。

太空电梯示意图,基站不一定非得建在陆地上,建在岛屿上,或是类似石油钻井平台的巨型人工浮岛也可以

       所以,太空电梯的实际建造高度会超过地球同步静止轨道,巨大的太空站(城)和设备安置区作为配重,会建在高出轨道部分的最顶端,至于高出多少,与整个系统位于同步轨道上下两部分的具体质量分布有关,估算下来,普遍认为应该在5到10万公里之间,比如电影《流浪地球2》里,太空电梯就位于赤道附近的非洲加蓬共和国,总高度约9万多公里,几乎是地球到月亮距离的四分之一。

《流浪地球2》中位于赤道的太空天梯基座(非洲加蓬共和国)

      于是这几条连通天地,几万公里长的缆绳梯子,成为了最大的难题。在人类已经掌握的所有材料里,没有一种能做到悬挂几万公里,而不被自身的重量扯断的。

       经过科学家数十年的研究探索,终于发现有一种叫纳米碳管的物质,在理论上能够达到这种抗拉强度,可惜的是,现在科学界在实验室里做出来的纳米碳管长度普遍还只是厘米级。目前的世界纪录由清华大学魏飞(《三体》里的“汪淼”没跑了吧)科研团队保持,长度也仅有半米左右,而且科学界也普遍认为,纳米碳管的物理特性只适合用在微米、纳米级别的应用,比如监测探针、微型机器人部件之类,一旦尺寸大幅增长,材料自身的固有缺陷就会迅速增加,太空天梯这种几万公里的宏观大尺度应用并不适合。

      即便假以时日,技术获得突破,哪怕按直径仅仅5厘米的碳纳米管缆绳计算(比重约2.1克/立方厘米),像《流浪地球2》中近10万公里长的电梯缆绳,自重就有40万吨,什么火箭能把它送上十万公里的太空?

       缆绳是不能一截一截连接起来用的哦,原因自己想

      “太空电梯”的巨大体量和特殊性也让日常维护和事故抢修变成一场工程和成本上的噩梦,极有可能得不偿失,至于建造成本的经济账,更是连算都不敢算了。


安全性问题更令人望而却步

       太空电梯从地表向上穿越整个大气层和外太空不同区域,在各个区间都会受到迥异的环境影响。


大气层分层示意图

       太空电梯在大气层以内的部分(包括基座)都会受到风、雨、雷、电等气象和地质灾害的威胁。

       大气层之外同样不平静,因为地球、太阳和月球的相对位置在时刻运动中,太阳风向太空电梯施加的压力、月球的潮汐引力都在随时变化,变幻莫测的合力让电梯缆绳不可能笔直垂下、纹丝不动,于是整个太空电梯系统实际上始终会在摇摆扭曲中,极不稳定。

太空不同高度分布着数以数以千计的卫星、航天器和十万计的太空垃圾

       太空中不同高度有着数以千计的卫星和航天器, 加上马斯克的星链和各国后续必然跟进的类似项目,这一数字势必大幅增加!失控的人造卫星或者太空垃圾残骸更是数以十万计。

       太空电梯贯穿天地几万公里,难免被撞上, 而宇宙射线的侵蚀,上下轿厢轮的磨损,也让天梯缆绳的寿命大大缩短。轻度碰撞、老化和磨损造成的抢修是工程和成本上的噩梦,严重的碰撞则有可能导致绳索断裂。


恐怖袭击的风险才是王炸

       如果说技术和成本的鸿沟尚且有可能随着时间的推移逐步跨越的话,人为破坏就更是防不胜防了。

       一旦因各种潜在的恐怖分子袭击,或者其它严重事故造成天梯缆绳断裂,断裂处以上的缆绳、附属设备、和顶端数百万吨级别的太空站都会“飘走”,没错,像断线风筝一样飘向太空,成为无法抢救的不定时炸弹,而断裂处以下的缆绳、设备、轿厢及附着物则会掉落大地。

 

       因为整个太空电梯是和地球同步自转的,叠加大气层、太阳风、月球潮汐力等合力扰动,这种掉落并不是像电影中那样:笔直坠落砸向太空电梯基座,而是会是以随机的角度抽向大地,如果断裂处高达几千,甚至几万公里,那景象,就如同几千、几万公里长的“上帝之鞭”一样撕天裂地。

       这条扭曲的万里长鞭首先会对太空中的卫星、空间站、航天器形成致命打击,引发全球的通信、导航、气象观测瘫痪;

      接着被摧毁的卫星、空间站、航天器在进入大气层时燃烧、解体,绝大部分会气化,但大面积残片将摧毁空中繁忙密集的大量民航飞机和各种飞行器;

     最后,包括飞机在内的残骸雨如漫天霰弹,燃烧着砸向广袤大地、城市、海洋……

       因为角度随机,全球上没有一个国家、一个地方是安全的! 那绝对是一场灭国级的全人类灾难,对全球生态的打击同样难以估量。

《流浪地球2》:太空电梯遭遇恐袭

      最近热映的两部科幻大片,《流浪地球2》和《基地》(科幻大师阿西莫夫原著)里,都有恐怖分子炸毁太空电梯的片段,在《基地》银河帝国首都川陀星球,5000公里高的太空星桥被反抗军恐怖袭击炸毁,灾难超过一亿人伤亡。


科幻大片《基地》(科幻大师阿西莫夫原著):炸毁太空电梯恐怖分子

科幻大片《基地》:银河帝国首都川陀星球太空电梯被恐袭摧毁

     相比于技术、成本的困难,这些潜在的末日浩劫风险更是无法逾越,试想:哪国的政要敢批准建造计划?哪些工商巨子敢上马项目?哪个金融市场的聪明钱敢给融资?

     逍遥世间游

       所以太空电梯恐怕只能永远存在科幻作品的浪漫幻想里,现实中人类的星辰大海起步之旅还需要另想高招,欲知后事,且看逍遥子下期独创脑洞……

       创作和喜爱科幻小说、影视、动漫、网游的小伙伴们,不要再继续跟着前辈大咖们的背影里亦步亦趋、继续整那些玩烂的梗啦,世界每一天都有新气象,娱乐产业更应如此,江山代有新人出,开风气之先者才能独领新时代的风骚…


     

      原创不易,请关注我:《科幻的逻辑与脑洞》(微信公众号:逍遥世间游),用留言、讨论、转发、打赏给我注入动力增量下期就会更精彩!

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