太空电梯力学特性分析
看似扯犊子的太空电梯,却有真正的科学依据!了解更多!
太空电梯：实现梦想的科技神器大家好，你们知道三体小说里提到的各种高科技神器吗？其中有一样神奇的东西其实是我们一直在研究的，那就是太空电梯。
太空电梯是一种可以让人们逃离地球，真正掌控太阳系的工程。
想想看，进入电梯按下按钮，电梯就能带着你以每小时200公里的速度直接送到离地面36000公里高的地球静止轨道。
这种体验简直让人兴奋，堪比在电梯里从大厅到二楼的刺激和期待。
然而，要建造这样的太空电梯并非易事。
首先，地球上目前最高的建筑迪拜哈利法塔高度只有828米，还不到一公里。
而太空电梯的高度达到36000公里，这差距可是相当大啊。
而且，仅仅建造一个哈利法塔就需要花费15亿美元，而太空电梯如果要建造36000个相当于哈利法塔高度的落梁就会需要无法计算的巨大投资。
可以说，这个难度远比想象中的要大。
尽管太空电梯的建造难度很大，但并非像刚才所说的那么不可想象。
因为太空电梯的建造方法和我们想象中的不太一样。
早在1895年，被称为航天之父的俄罗斯科学家乔尔科夫斯基就提出了这个想法。
所谓航天之父，是指在大气层下飞行属于航空，而超过大气层之后则属于航天。
乔尔科夫斯基研究的正是如何脱离大气层的事情，他可以说是在这方面最早进行研究的科学家之一。
要知道，1895年是清朝光绪年间，当时还没有人类发明出飞机。
在那个时候，人类的第一台汽车也刚刚诞生，而且只有后驱的三轮车。
在这种情况下，乔尔科夫斯基去了一趟法国巴黎，看到了埃菲尔铁塔。
当时他灵光一闪，想到如果将这个脚手架搭在太空中，就可以直接揽外星工程，不过尽管这个想法好，但是太空电梯的规模不能像埃菲尔铁塔这么大。
因为如果要保持稳定性，太空电梯的底部需要上窄下宽，类似金字塔或者山的形状。
但是太空电梯的高度达到36000公里，单靠地球底座是无法支撑它的。
而且，为了建造这个巨大的底座，需要大量的材料，甚至超过全球的铁矿储量。
因此，必须采用另一种方法来建造太空电梯。
在很多情况下，相同的物品能承受的拉力远远大于它提供的稳定支撑力。
三体中对太空电梯的描述
三体中对太空电梯的描述太空电梯是莱因兹萨拉斯提出的一项未来科技，其基本原理是将一个连接地球和空间之间的长绳固定在两个台站，利用重力加上牵引力作用，将负重物体以相对较低的能量成本运送到空间中。
《三体》中用这一技术描写出了当时全世界最巨大的工程太空电梯，充分体现了它的科幻气息。
《三体》中太空电梯的设计原理是将一条绳子（由碳纳米管制成），由一个台站连接地球，另一个则悬挂在地球轨道上，电梯本身是一台拥有超越传统运输手段的货运车，以低至25兆瓦特的动能运输任何物品。
绳子将通过地球和空间之间的重力，来保持静态平衡，这一创新的设计极大地减轻了系统的能源消耗，在把载荷抬到地球轨道上之后，又可以利用投射加速器来拉动绳子，以此来达到维持电梯运行的目的。
这个设计的独特之处在于，它的材料一般都是可回收的，从而使得太空电梯成为一种可持续发展的能源解决方案，由此可以节省大量的能源消耗，而且它克服了传统发射系统对于重力和空气阻力而言所犯下的严重问题，特别是在保证载荷安全到达空间站的同时，又保证了空间站的安全，尤其是在空间站与地面之间有着极大的距离时，太空电梯的作用就显得更加显著。
说实话，太空电梯虽然在《三体》中有着显著的作用，但它的设计原理却不容易实现。
以上太空电梯的描述均来自《三体》，借鉴了萨拉斯的科学概念，但实际上，其中的技术和科学都有待实现，其中涉及到技术、经济、政治等方面的多种因素，科学家们正在努力研究如何实现更低能耗、更高效的太空电梯，以及更可靠的运载系统，以期实现太空电梯的梦想，期望有一天能够实现。
伴随着科技的发展，太空电梯或许真的能够实现。
它的诞生将极大地改善宇宙航行的效率，将有助于我们开发宇宙的资源，从而为我们的宇宙超越提供巨大的帮助。
随着科学技术的不断发展，我们拥有很多可能性，在未来，太空电梯将拥有更多的应用前景，并为我们将来深入宇宙探索带来更多可能性。
太空电梯的物理原理
太空电梯的物理原理
太空电梯是一种未来可能的太空交通工具，它能够将人类和物资从地球表面直接送往太空站或者其他天体。
它的物理原理基于地球和卫星之间的重力吸引和离心力的平衡。
太空电梯的结构通常包括一个岛屿锚点、一条巨大的纳米材料绳索和一个对地球和卫星的轨道终点。
岛屿锚点是电梯的起点，它通常是一个安装在赤道上的大型平台或者海上浮动平台。
纳米材料绳索是太空电梯的主体，它由一系列超强的碳纳米管组成，具有非常高的拉力和耐久性。
轨道终点通常位于地球同步轨道或者月球轨道，这样太空电梯就可以在不同轨道之间来回运行。
太空电梯的运行原理是利用地球和卫星之间的重力吸引和离心
力的平衡。
当绳索自地球锚点向上延伸时，其末端就会受到离心力的作用而向外偏移，从而达到与地球引力的平衡。
在卫星轨道终点处，由于引力减小而离心力增大，所以绳索末端向外偏移的力会超过引力的力，从而拉高了绳索。
太空电梯的物理原理非常复杂，但它的实现将会极大地促进人类的太空探索和利用。
未来，随着技术的不断发展，太空电梯的建造和运行将成为人类探索宇宙的重要途径之一。
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太空电梯原理
太空电梯原理
太空电梯是一种设想中的未来运输系统，旨在通过将一个能够在地球表面和太空之间运行的电梯连接到地球和太空站点之间，以便人员和货物能够轻松快捷地往返于地球和太空之间。
太空电梯的原理基于地球的引力和弹性材料的性质。
其主要组成部分包括一个地面锚定点、一根千里之长的缆绳（类似于电梯的钢索）以及一个倚靠在地面和太空站点之间的结构。
缆绳会通过宇航器或卫星连接到太空站点，然后延伸出地球大气层，直至与地面锚定点相连。
电梯台车是太空电梯的核心部分，它会沿着缆绳垂直上下运动。
电梯台车上配备了控制系统和能源供应，以及用于装载和卸载乘客和货物的车厢。
在上升和下降过程中，通过电梯台车上的驱动系统向缆绳施加力，从而实现垂直运动。
为了维持太空电梯的稳定，缆绳必须具备足够的强度和轻量化特性。
目前最有可能使用的材料是碳纳米管，这种材料具有出色的强度和轻量级，足以承受太空电梯运行所需的应力和重量负荷。
太空电梯的运行过程涉及到多个环节的协调，包括电梯台车的控制、缆索的维护和安全性能以及太空站点的运营。
此外，宇航员和货物的进出也需要精确的计划和操作。
尽管太空电梯的概念非常吸引人，但目前仍然存在技术上的挑战。
其中之一是缆索材料的可行性和生产成本。
此外，太空环
境对设备的耐受性和安全性也是一个重要的考虑因素。
因此，实现太空电梯仍然需要大量的研究和技术突破。
太空电梯 重心 离心力
太空电梯重心离心力
太空电梯是一种巨大的机械构造，可以通过一条绳索将载荷从地球表面运输到太空轨道，同时也可以在太空中进行货物和人员的运输。
这种设施可以极大地缩短航天器的发射
距离和成本，使得太空探索更加经济和可持续。
太空电梯的主要组成部分是电梯绳，它是由高强度碳纳米管等材料制成的。
由于电梯
绳的巨大长度和重量，重心的位置对太空电梯运行过程中的稳定性、振动和荷载分配等都
有着至关重要的影响。
太空电梯绳的长度可以达到数万公里甚至更长，这意味着电梯绳的质量分布在整个长
度区间内是不均匀的。
由于地球自转和引力场的存在，电梯绳的重心会随着地球的旋转而
逐渐向东移动。
电梯绳的重心位置不仅会影响到太空电梯的静态稳定性，还会产生大量的离心力，给
电梯绳带来极大的力学应力。
离心力的大小取决于绳索的长度、铅锤的质量和转速等因素。
当离心力超过电梯绳承受的最大拉伸强度时，电梯绳就会被拉断，带来灾难性的后果。
因此，在太空电梯的设计和运行过程中，需要充分考虑重心位置和离心力，采取合理
的措施来降低其对电梯绳运行的影响。
其中，一种常用的方法是在电梯绳的两端悬挂重锤，以协调重心的位置，并与电梯绳
的振动模式相匹配，减少悬挂物的离心力。
此外，也需要对电梯绳的转速和铅锤的质量进
行精确控制，以最大限度地降低离心力的大小。
总之，太空电梯是一种复杂而庞大的工程，其中涉及的重心和离心力等物理问题需要
充分考虑和解决。
只有这样，才能确保太空电梯的长期稳定运行，实现高效、经济和可持
续的太空探索。
太空电梯的物理原理
太空电梯的物理原理
太空电梯是一种连接地球表面和太空的概念性结构，它可以使人们通过电梯在太空中自由行走，实现太空开发和探索的目标。
太空电梯的物理原理主要基于两个原理：重力和牵引力。
首先，太空电梯的重力原理是指地球的重力对电梯所产生的作用力。
如果一个物体处于地球的引力场中，那么它就会受到地球的吸引力，这个力大小与物体的质量有关。
因此，太空电梯需要以足够的速度向上爬升，以克服地球引力对其的作用，直到抵达太空。
其次，太空电梯的牵引力原理则是指电梯绳所产生的拉力。
太空电梯需要一个非常强大的绳索，以便在运行过程中能够承受巨大的拉力。
这个绳子需要具备高度的强度和轻量化的特点，以便承受太空电梯上和下行的重力和牵引力。
目前，科学家正在研究开发新的材料以满足这一要求。
总之，太空电梯是一项令人兴奋的科技梦想，它需要我们在物理学和材料科学方面做出巨大的进步，以便实现这种科技创新。
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太空电梯原理
太空电梯原理太空电梯是一种连接地球和太空的交通工具，它的原理是利用地球自转产生的离心力，将电梯从地面延伸至太空轨道，从而实现太空探索和资源利用的便利和经济性。
太空电梯的概念最早由俄罗斯科学家康斯坦丁·策奇科夫斯基在1895年提出，至今已经吸引了众多科学家和工程师的关注和研究。
首先，太空电梯的基本结构包括地面锚点、电梯本体和对地终端。
地面锚点通常建在赤道附近的海域，以确保最大的离心力和最小的地球自转速度差。
电梯本体由纳米材料制成，具有轻质高强度的特点，以承受地球自转产生的巨大拉力和太空环境的辐射和微小撞击。
对地终端则是电梯与地面锚点连接的部分，包括能源传输、物资运输和人员往来等设施。
其次，太空电梯的原理是利用地球自转产生的离心力，将电梯从地面推向太空轨道。
地球自转产生的离心力随着高度的增加而逐渐减小，因此在一定高度上存在一个离心力最大值的点，称为地球同步轨道。
在地球同步轨道上建立太空电梯，可以利用地球自转产生的离心力将电梯推向太空，而无需消耗大量的火箭燃料和能源。
再次，太空电梯的建造和运行需要克服诸多技术难题。
首先是材料技术，电梯本体需要具备轻质高强度的特点，以承受地球自转产生的拉力和太空环境的辐射和微小撞击。
目前，碳纳米管和石墨烯等纳米材料被认为是最有潜力的候选材料。
其次是能源传输技术，太空电梯需要通过电力或激光等方式向太空终端传输能源，以满足电梯本体和太空站的能源需求。
此外，还需要解决电梯本体的建造、维护和安全等方面的技术难题。
最后，太空电梯的建造和运行对于太空探索和资源利用具有重大意义。
太空电梯可以实现地球和太空的快速和经济的交通，为太空站和深空探测提供便利的物资和人员运输，同时也可以用于太空资源的开发和利用。
此外，太空电梯还可以促进太空旅游和商业活动的发展，为人类进军太空提供全新的途径和机遇。
综上所述，太空电梯是一种连接地球和太空的交通工具，其原理是利用地球自转产生的离心力将电梯推向太空轨道。
太空电梯的知识点总结
太空电梯的知识点总结太空电梯的架构太空电梯的基本构想是通过将一条非常长的绳索（或称为纳米管）固定在地球表面一端，延伸至太空轨道，并与轨道上的一个运行舱室连接，从而实现在地球表面和太空之间的物体传输。
这种构想可以分为以下几个部分：1. 地球端锚定系统：地球端锚定系统需要有足够的强度和稳定性，来支撑整个太空电梯系统的重量，并抵抗地球引力对绳索的拉力。
目前，提出了多种可能的锚定系统，包括使用地球上的山脉或人工建造的基地作为锚点，或者利用地下结构进行固定。
2. 起升舱室：起升舱室是在太空电梯绳索上行驶的载人或货物运输舱室。
这些舱室需要具备足够的动力和操控能力，以便沿着绳索自由上下移动，并且能够在太空轨道上进行周转和停靠。
3. 纳米管或绳索：太空电梯绳索的材料选择至关重要，因为这将直接影响到整个系统的强度和稳定性。
目前，科学家们提出了一种名为碳纳米管的材料，它具有非常高的强度和轻质性质，被认为是制造太空电梯绳索的最佳候选材料。
太空电梯的优势太空电梯作为一种太空交通工具，具有许多独特的优势：1. 降低航天成本：目前，进入太空轨道需要大量的燃料和能源，因此造成航天任务的成本非常高昂。
而太空电梯的建造和维护成本相对较低，一旦实现，将大大降低载人和货物进入太空的成本。
2. 提高太空探索效率：太空电梯可以实现人类和货物的快速、经济的运输，大大提高太空探索和开发的效率。
这对于未来的深空探索和殖民计划来说将具有重大意义。
3. 减少对地球资源的消耗：太空电梯可以实现太空资源的利用和开发，减少地球资源的消耗，从而为地球上的环境和生态系统带来积极的影响。
太空电梯的挑战尽管太空电梯具有许多优势，但是实现这一概念仍然面临着许多技术和工程挑战，包括但不限于以下几个方面：1. 材料科学挑战：太空电梯绳索的制造需要使用非常强度和轻质的材料，在目前的材料科学技术水平下，碳纳米管仍然无法大规模生产，而且其材料强度和稳定性尚未得到完全验证。
太空电梯
中国
2017年11月，中国航天科技集团第一研究院在北京发布了《2017-2045年航天运输系统发展路线图》 ，系 统规划长征系列运载火箭的能力建设前景与发展蓝图。其中明确提到“到2045年，进出空间和空间运输的方式将 出现颠覆性变革，天梯、地球车站、空间驿站建设有望实现。”中国石油化工集团有限公司则进一步提供了可行 性方案：“我们就有太空电梯最关键的钢索材料——中国石化仪征化纤生产的超高分子量聚乙烯纤维。当初吊起 港珠澳大桥的正是它。”
太空电梯
人类构想的一种通往太空的设备
01 产生背景
03 电梯结构
目录
02 建设计划 04 主要用途
05 基本特点
07 衍生问题
目录
06 工作原理
基本信息
太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备。与普通电梯类似，不同的是，它的作用并不是让乘客往返于楼 层之间，而是将他们送入距地球约3.6万公里的一座空间站。
电梯结构
基座 缆绳
电梯舱 太空站
基座
基座基本上是在赤道上，因为这样从地球同步轨道上垂下来的距离最短。基座有提出固定式和漂移式两种选 择，其中固定式的比较容易完善周边的硬件设施（发电器材、指挥所、太空港），但漂浮式的，无论是海上的大 型平台甚或是平流层中的大型飞行平台，都有借移动来躲避不良气候或太空杂物的可能，因此也有不少支持者。
建设计划
太空电梯：从科幻到现实的登天之路
太空电梯：从科幻到现实的登天之路引言自古以来，人类就对浩瀚的宇宙充满了无限的好奇与向往。
从嫦娥奔月的古老传说到万户飞天的悲壮尝试，再到现代航天技术的飞速发展，人类探索太空的脚步从未停歇。
然而，传统的火箭发射方式成本高昂、风险巨大，限制了太空探索的广泛性和可持续性。
在这样的背景下，太空电梯——这一曾经只存在于科幻作品中的设想，正逐步从幻想走向现实，成为人类探索太空的新希望。
一、太空电梯的概念与起源1.1太空电梯的定义太空电梯，又称作“天梯”或“空间电梯”，是一种概念性的太空交通系统。
它旨在通过一条巨型的缆索将地球表面与地球同步轨道上的太空站连接起来，从而提供一种相对廉价且环保的方式进入太空。
这条缆索的长度通常达到数万公里，一端固定在地球表面的发射平台上，另一端则连接在地球同步轨道上的空间站或配重块上。
1.2太空电梯的起源太空电梯的概念最早可以追溯到19世纪末。
1895年，俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基首次提出了在地球同步轨道上建立“天梯”的设想，用以运输人员和物资。
然而，由于当时科技水平的限制，这一设想并未得到实际应用。
直到20世纪中期，美国科幻作家艾萨·克拉克在其小说《泛银河系的喷气机》中描述了一种名为“轨道塔”的设备，这一构想才在科学界引起了广泛关注，并促使研究人员开始探讨实现太空电梯的可能性。
二、太空电梯的构成与工作原理2.1太空电梯的构成太空电梯主要由以下几个部分组成：基座：位于地球表面的发射平台，用于固定太空电梯的缆绳，并作为电梯舱的起点。
缆绳：连接地球表面与太空站的关键部分，通常由高强度、轻质材料制成，如碳纳米管或石墨烯。
电梯舱：搭载乘客和货物的载体，沿着缆绳上下移动。
太空站：位于地球同步轨道上的空间站或配重块，作为太空电梯的终点。
2.2太空电梯的工作原理太空电梯的工作原理主要基于地球的自转和向心力。
当地球自转时，太空电梯的缆绳将保持在竖直状态，而电梯舱的运行则受到向心力的驱动。
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kRe
= 0
(7)
从图 2(a)中可以看到，随着电梯材料线密度比 k 的增加，电梯配重段的长度在逐渐的减小。这从物 理意义上是不难理解的， k 的增加表示电梯配重段的线密度在变大， 因此使用更短的配重电梯长度就可以 实现最终的配平。
2.2. 太空站不在地球同步轨道上
为了进一步减少电梯配重段的长度以及电梯的总长度，可以将太空站设置在比地球同步轨道高的轨 道上。这时太空站仍按照地球自转的角速度运行，其受到向外的惯性离心力势必要大于指向地心的地球 引力，进而对太空电梯产生一个沿径向向外的作用力，起到了电梯配重段的作用，因而可以减小电梯配 重段的长度。 在这里仍然采用两端电梯材料不同的方案，所以公式(5) (6)仍然是成立的，但是由于此时太空站没有 在地球同步轨道上，所以公式(3)就不再成立了。与 2.1 节中的讨论相比，太空电梯不再是仅仅受到 F1 和 F2 的作用，还会受到太空站对太空电梯向外的拉力 F3：
R0
F1 =
GM λ1dr ∫ r2 + Re
R0 + L R0
∫
GM λ2 dr r2
(5)
太空电梯所受到的惯性离心力 F2 为：
= F2
R0 Re
2 ∫ ω rλ1dr +
R0 + L R0
∫
ω 2 r λ2 dr
(6)
DOI: 10.12677/jast.2018.63005
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国际航空航天科学
2. 太空站位置与电梯长度的分析
2.1. 太空站在地球同步轨道上
为了保持空间站与地球的相对位置不变，最直接的想法是将太空站设置在地球的同步轨道上。此时 太空站受到地球的引力与惯性离心力相互抵消，与地球表面的相对位置保持不变并且对太空电梯的骨架 没有额外的作用力，因此在分析太空电梯骨架受力时就不需考虑太空站的作用。 太空电梯骨架连接地球表面与太空站，受到地球引力与惯性离心力的作用。为了尽量保证地球表面 与太空电梯连接的基站的安全，可以设计太空电梯的长度来使得地球引力与惯性离心力相互平衡，从而 使得太空电梯对地球表面也不存在作用力。下面将计算在上述情形下太空电梯所需要的长度。 如图 1，Re 为地球半径， ω 为地球自转角速度，R0 为太空站到地心的距离，L 为太空电梯的配重部 分(否则，地球引力要大于惯性离心力，造成地球表面受到的压力过大)。地球对太空电梯的引力 F1 为：
儒曼，印明威
Figure 1. The diagram of space elevator 图 1. 太空电梯示意图
根据公式(3) (5) (6)以及 F1 = F2 可以得到如下关于 L 的约束方程：
L3 + 3R0 L2 −
( Re − R0 ) ( Re + 2 R0 )
2
kRe
L−
( Re − R0 ) ( Re + 2 R0 ) R0
(
)
3 3 RG kRG RG − − + L R0 R0 Re
3 R3 RG R0 1 2 3 + R0 − Re2 R0 + Rs R0 − G R + R − = 0 G 0 2 Re 2 R0
Journal of Aerospace Science and Technology 国际航空航天科学, 2018, 6(3), 38-45 Published Online September 2018 in Hans. /journal/jast https:///10.12677/jast.2018.63005
th rd th
Received: Sep. 8 , 2018; accepted: Sep. 23 , 2018; published: Sep. 30 , 2018
Abstract
Space elevator is a new way to transporting loads to space at a low cost, which is one of the most important development trends. Based on the method of theoretical mechanics, this paper gives a discussion of the relationship between the location of the space station and the length of the elevator. For some designs of the space elevator, this paper discusses the distribution of stress and points at the position and value of the largest stress. Finally, the lowest energy and the lateral controlling impulse are calculated when a unit load is transported to space.
DOI: 10.12677/jast.2018.63005 39 国际航空航天为保持稳定所需要的条件，计算空间站的位置与最终电梯长度之间的关系，并给出几种典 型方案下电梯的应力分布情况，讨论了电梯舱在运行过程中所需要的控制条件以及最低的能量，为太空 电梯的发展提供一些理论上的讨论。
儒曼，印明威
最后，本文计算了单位载荷运送至空间站所需的最低能量以及侧向控制冲量。为后续继续开展太空电梯 的设计工作提供参考。
关键词
太空电梯，力学特性，应力分布，控制冲量
Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
Open Access
1. 引言
自从 1957 年苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星开始， 人造地球卫星已被用于人类生活的各个领 域，如通信、测量、导航等等。随着社会的不断发展，人类对航天任务的要求变得越来越丰富多彩，未 来的航天活动也会越来越频繁，甚至可能成为一种日常普普通通的活动。在这样一种情景之下，如何将 卫星或者其它航天器更加高效廉价的运送到太空中就成为我们不得不考虑的问题。传统的运载火箭发射 成本昂贵、周期长，不适用于未来频繁、大量、低价格的向太空运送物资的需求，这就对地球表面进入 太空的方式从经济以及效率两方面提出的新的需求。为了满足这样一种需求，太空电梯的概念被重新提 了出来，并得到了各国科研机构的研究与关注[1]-[8]。 早在 19 世纪末期，航天之父齐奥尔科夫斯基就提出过太空电梯的设想，但是当时，太空电梯对建造 材料的要求以及巨额的建造花费使人们望而却步。但在今天，科学技术的发展已经使“太空电梯”由不 可能变为可能。世界各国的许多企业和研究机构，如日本的大林组建筑公司，美国电梯港集团公司、俄 罗斯萨马拉太空大学等，都已经开始提出“太空电梯”的设计方案。日本建筑公司大林组设想从地球表 面伸出一条缆线连接到地球同步轨道的太空站，另外在太空站外侧伸出更长的缆绳以及一块平衡的铅坠 作为配重， 其预计整个太空电梯的长度约为 9.6 万千米， 并希望在 2030 年左右开始进行太空电梯的建设。 在其计划中，太空电梯的造价是十分昂贵的，如何使太空电梯的总长度最小也是亟需解决的问题。 太空电梯是指从地球表面连接到空间站的一条通道，通过这条通道可以将地球上的资源运送到空间 站进行处理。太空电梯的使用可以大大降低从地球表面向太空运送物资的价格，据估计，单位质量的有 效载荷被运送到 GEO 轨道仅需要 500 美元，这与传统运载火箭相比要降低两个数量级。另外，太空电梯 还可以更加高效的利用太阳能，并以此减少太空电梯在运行过程中所消耗的能源，这样又降低了传统运 载火箭在爆炸喷射时所带来的危险。太空电梯在无特殊情况时可以随时向太空运输载荷，减少了运载火 箭等待发射窗口所需要的时间[9] [10]。 太空电梯的设计是一个具有挑战性的项目，但其中也蕴含着巨大的机遇。太空电梯的建成，将会对 人类太空探索、能源利用以及旅游业等领域产生革命性的影响。通过太空电梯，我们不仅可以低成本地 在地球与太空站之间运输补给资源，还可以更便捷地从地球向太空站输送航天器以及燃料，并在太空站 完成航天器的发射。与地面直接发射运载火箭相比，从太空站发射航天器可以节省很大一部分的发射燃 料，这对我们进行深空探测以及将来的太空旅游大有助益。 地球的自转与引力的作用对太空站的选址以及电梯骨架的力学性能都提出了新的要求，一方面，要 保持太空电梯与空间站与地球表面的相对静止；另一方面，要考虑通过骨架在太空中随地球自转而旋转 时所受到的拉力。空间站位置的选取与电梯骨架的受力是息息相关的，本文将讨论空间站设置在不同位
R0 + L Re
F1 =
∫
GM λ dr r2
(1)
其中 G 为引力常数、M 为地球质量、 λ 为太空电梯的线密度。 太空电梯所受到的惯性离心力 F2 为：
R0 + L Re
F2 =
∫
ω 2 r λ dr
(2)
由于空间站处于地球同步轨道上，所以满足如下约束：
ω 2 R0 =
GM 2 R0
(3)
所以，根据太空电梯在 F1 和 F2 的作用下平衡，可以计算得到太空电梯配重部分的长度：
Study on Mechanical Characteristics of Space Elevator
Man Ru1, Mingwei Yin2
1 2
The High School Affiliated to Renmin University of China, Beijing Department of Aerospace Engineering, Tsinghua University, Beijing