可以利用月球的潮汐锁定和地球对月球的引力制造太空电梯吗？

关于利用月球的潮汐锁定和地球引力来建造太空电梯的想法，这是一个非常有想象力且值得深入探讨的议题。虽然这个想法在技术实现上存在巨大的挑战，但其核心理念与现实中的太空电梯构想有着微妙的联系，并且我们可以从理论上分析一下其中的可能性和困难。

首先，让我们理解一下“潮汐锁定”和“太空电梯”的基本概念。

潮汐锁定： 月球之所以对地球潮汐锁定，是因为地球的引力在月球的不同部位产生了潮汐力。经过漫长的时间，这种引力作用使得月球的自转周期与绕地球的公转周期同步。也就是说，月球总是以同一面朝向地球。这对我们来说，意味着月球的“一天”和“一年”是相同的。

太空电梯： 这是一个理论上的巨型结构，旨在将物质从地球表面（或其他天体表面）运送到太空中。最常见的设想是，一个超强度的缆绳从地面延伸到静止轨道（geostationary orbit）或更高的地方，缆绳末端有一个配重物，通过离心力来维持张紧。然后，通过电力驱动的“升降机”沿着缆绳向上或向下移动。

现在，我们来尝试将这两个概念结合起来，看看能碰撞出怎样的火花。

一个基于月球潮汐锁定的太空电梯设想：

可以想象这样的一个场景：我们并不直接从地球建造太空电梯，而是利用月球的潮汐锁定特性来“锚定”一个缆绳。

1. 锚定点： 我们可以选择月球表面一个永久面向地球的地点作为缆绳的月球端锚定点。由于月球是潮汐锁定的，这个锚定点相对于地球来说是固定的。

2. 缆绳的长度和延伸： 从月球表面的这个锚定点出发，我们向下（相对于月球的轨道平面）延伸一根极长的缆绳。这条缆绳需要延伸到比月球静止轨道（如果月球有的话，但更准确地说，是月球的地球同步轨道高度）还要高得多的地方。在地球引力作用下，这根缆绳会处于一个拉伸状态，并指向地球。

3. 平衡力的作用： 这里才是关键也是最难的部分。要让整个系统稳定，需要一个与地球引力相抗衡的力量。在地球的太空电梯构想中，这个力量来自缆绳末端配重物的离心力。在月球构想中，我们可以借鉴这个思路：
地球引力对缆绳的影响： 地球的引力会拉扯着整根缆绳，使其倾向于向地球靠近。
月球的“自身”引力： 月球也有自身的引力，会将缆绳拉向月球表面。
离心力（间接）： 月球绕地球公转，它本身就受到地球引力的作用。如果我们将缆绳延伸得足够远，远超月球的地球同步轨道高度，那么缆绳的远端就会因为地球引力和月球公转产生的离心力达到一个平衡点。这个平衡点可以看作是缆绳的“静止点”，它相对于地球来说是静止的。

可能的运作模式：

设想一下，如果成功建造了这样的一个巨大的月球地球连接体：

月球到地球的运输： 我们可以沿着这根缆绳，从月球表面向下移动物体到地球。由于月球本身就在绕地球运行，并且我们利用了潮汐锁定的固定点，理论上，缆绳的这一端在地球看来是静止的（如果缆绳足够长且平衡好）。
地球到月球的运输： 同理，我们可以将物资从地球的某个固定点（可能是在缆绳的某个中间点，或者地球端需要一个特别的设计）运送到月球。

理论上的优势（非常有限）：

利用月球的稳定性： 月球潮汐锁定提供了一个相对稳定的“起点”或“锚定点”，不需要从地球表面直接面对复杂的地球大气层和自转角速度问题。
更低的逃逸速度（某种意义上）： 相对于从地球表面发射，从月球轨道降低到地球轨道可能在某些方面更容易一些（但实际操作的复杂性远超于此）。

巨大的技术挑战和现实障碍：

尽管构思听起来有些道理，但实际操作起来，其难度是天文数字级别的，远远超过了从地球建造太空电梯的难度。

1. 材料强度： 这是最致命的问题。建造这样一根连接月球和地球（或者说，延伸到地球引力平衡点）的缆绳，需要一种我们目前完全无法想象的材料。
长度： 月球到地球的距离平均约384,400公里。即使考虑地球引力平衡点的设计，缆绳的长度也需要达到数十万甚至数百万公里。
张力： 这根缆绳需要承受巨大的拉力。它既要克服月球自身的引力将缆绳拉向月球，又要承受地球引力将其拉向地球，同时还要在远端平衡公转产生的离心力。普通材料在这种规模下会瞬间断裂。即使是碳纳米管或石墨烯，也难以承受如此巨大的应力。

2. 建造和部署：
在太空制造： 如此长的缆绳几乎不可能在地球上制造好然后发射出去。它需要在太空中进行制造和组装，这本身就需要难以置信的工程能力和资源。
部署过程： 如何将缆绳从月球锚定，然后延伸出去，并最终达到平衡点？这个过程的稳定性控制将极其复杂。一旦缆绳开始移动或变形，连锁反应可能导致整个结构崩溃。

3. 动力与控制：
升降机的动力： 如果我们要沿着缆绳移动物体，需要为其提供动力。电能传输沿着如此长的缆绳会面临损耗问题。
轨道动力学： 虽然我们利用了潮汐锁定作为锚点，但月球本身还在绕地球公转，地球也在绕太阳公转。整个系统需要在动态的宇宙环境中保持相对稳定，这需要极其精确的轨道计算和控制。微小的扰动都可能导致灾难性的后果。

4. 太空碎片和陨石： 在太空中，太空碎片和微陨石无处不在。一根跨越数百万公里的缆绳，极有可能在某个时刻被高速的碎片击中，导致结构损坏。如何进行维护和修复？

5. 经济和资源： 建造这样一个结构所需的资源、能源和时间是无法估量的。它可能需要动用全人类的资源，甚至超越人类目前的能力。

6. 月球表面的适应性： 虽然月球表面没有大气层，但存在极端的温差、月尘以及辐射。这些因素都会对建造和维护缆绳产生影响。

与其他太空电梯概念的对比：

与传统的从地球表面建造的太空电梯相比，月球潮汐锁定构想有其独特的逻辑，但它并没有真正规避最根本的问题——材料强度和巨大的工程尺度。它只是将挑战从地球表面转移到了月球和太空的宏观尺度上。

结论：

从理论上讲，利用月球的潮汐锁定和地球的引力来建造一个连接月球与地球（或其引力平衡点）的太空电梯，是一个非常吸引人的科幻构想。它试图利用天体固有的运动规律来简化某些问题。

然而，在现实技术层面，这目前看来几乎是不可能实现的。最核心的障碍在于材料科学的巨大鸿沟，以及在如此巨大的尺度下进行精确工程控制和部署的难度。它所需要的材料强度、建造技术和系统稳定性，远远超出了我们目前的认知和能力范围。

所以，虽然可以构思出这样的画面，比如一条横跨星际的银色丝线连接着我们可爱的地球和宁静的月球，但要将这个画面变为现实，我们还有漫长且充满未知数的道路要走，或者说，这种构想更多地停留在了科幻小说和理论探索的领域。

网友意见

概念不对。延伸到地球静止轨道的月球挂绳不是太空电梯。

相关研究的论文：

Spaceline 不是近几十年设想的从地球表面延伸到太空、需要超材料才能承受自身重量的太空电梯，而是从月球上指向地球，延伸到地球静止轨道为止，从而减少缆绳内的力。它可以是整根一样粗也可以是在地月拉格朗日 L1 点处最粗、靠近地球和月球的地方逐渐变细，后者可以节约材料。根据文中的计算，这个构造并不需要碳纳米管等尚无法大规模应用的材料，现在的技术是可以做到的。计算过程在上面的论文里写得非常清楚，打开页面后可以从右上部点击查看 PDF。

Spaceline 随月球一起绕地球旋转，指向地心而并不固定指向地球表面的任何一点，靠月球的潮汐锁定状态和地球的重力牵引来避免偏离地球。论文里没有谈，该设备需要按照地月间距离的变动调整绳长。

地球质量 5.972E24 千克，平均半径 6371 千米

月球质量 7.348E22 千克，平均半径 1737 千米

地月平均距离 384400 千米，约为地球半径的 60 倍

地球静止轨道高度 42164 千米，约为地球半径的 6.6 倍

地月拉格朗日 L1 点距离地球 326000 千米，约为地球半径的 51 倍

按文中计算，从月面到达地球静止轨道的 Spaceline 的线缆横截面最粗处面积 0.1 平方厘米时，可以允许航天器对它施力 100 牛顿而没有任何危险，按材料为超高分子量聚乙烯纤维计算的线缆总质量约 40 吨，这根线缆的成本和将其发射到目标位置的费用在数十亿美元程度，可以允许 2 吨以内的物体从它指向地球的这一边朝月球表面攀爬，但只能从月球表面拉起 100 千克以内的物体，这个设计不是从月球往地球送东西的太空电梯。再向地球延伸会让它的受力状况急剧恶化，目前技术下就做这么长了。只要能用更强韧的材料就能提高它的承受力，但也会大幅度地提高成本，现在这个还算可以接受。

这个计划在理论上是可以的，工程难度有挑战性，不过都还是现代科学技术范围内的理论与操作。

但是，古尔丹，代价是什么呢？

利用 Spaceline 登月的方法是将航天器发射到地球静止轨道后靠太阳能驱动的攀爬器沿着线缆爬到月球，可以帮运载火箭节约燃料，并大大降低在太空中自由运动时的风险——肯定不会和三哥登月那样翻跟斗了。

只是要爬一光秒还多哦。

有点傻哦。

所以他们也没说这个是最大卖点，而是强调我们可以在 Spaceline 通过的地月拉格朗日 L1 点以它为基础建造比国际空间站庞大、安全、适合工作的太空基地，在那里部署科研人员、工程师、发电系统、深空发射系统、太空望远镜、引力波探测器网络、粒子加速器等。地月拉格朗日 L1 点不稳定（在那里的物体稍微靠近月球或地球后会因为受力不平衡而进一步靠近该天体），而且这样一来要送上去的东西非常多，这根缆绳就既能帮助稳定基地又能帮助从地球往基地送载荷、从基地送载荷去月球。

来自缆绳的最大 100N 的拉力可以帮助 1000 吨重的基地在偏离地月拉格朗日 L1 点 400 千米的范围内抵抗引力的不平衡并慢慢回到原位。如果没有缆绳，这需要消耗燃料修正轨道。

显然，这个基地要多少预算就不是缆绳设计者要考虑的了。但如果不建这个基地，近未来没有谁需要这根缆绳。

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