[有剧透]《魔法禁书目录剧场版-恩底弥翁的奇迹》中关于宇宙升降机(Endymion)科学性的疑问。

等不及8月份出BD,下了抢先版的魔禁剧场版(二月份上映的),作为SF与玄幻迷的本人,在看过之后心情久久不能平静,那魔法与超能力交织的激战场面、三泽纱千香饰演的鸣护艾丽莎所演唱的美妙歌声、直冲云霄的宇宙升降机恩底弥翁(Endymion)……
重看之余一个个疑问不禁浮现出来(特别是关于宇宙升降机的合理性),敬请不吝赐教。文科生的本人,问题稍显稚拙,多有不周,请多包涵!



故事发生在从东京都西部分离出去,以开发超能力为目的,因其超过八成的学生人口而得名的“学园都市”,时间在星轨之门社(Orbit Portal)研发建造的宇宙升降机恩底弥翁(Endymion)竣工落成之际。


宇宙升降机恩底弥翁(Endymion)

Q1:宇宙升降机真的有可能实现吗?(如上图这种)虽说科幻小说中常见,但实际建造需要克服哪些突出困难?




猎户号(Orion)穿梭机事故

三年前,太空船猎户号(Orion)于返航时,在平流层?内与宇宙垃圾接触,因引擎故障导致迫降(坠毁?)。但机内88人全部奇迹般地生还,因而被称作“88的奇迹”。

Q2:听说空客A380号称是“永不坠毁的飞机”(即在所有动力全部失效以及燃油耗尽的情况下依然可以凭借其宽大的机翼滑翔着陆),那么,试问航天器引擎故障,在无动力,无降落伞的情况下,有可能仅凭机翼滑翔安全着陆吗?





宇宙升降机建在学园都市(日本东京),依初春所说,恩底弥翁(Endymion)建在学园都市是在赤道上建造难度的几倍,不,几十倍!不把这些困难放在眼里,最终建成的就是恩底弥翁(Endymion)。

Q3:宇宙升降机建在东京真的比建在赤道上难度高出几十倍吗?



莎特奥拉的大脑,因某次事故,失去了认知音乐的能力(丧失了认知声音的高低和处理旋律的能力),即对她而言,音乐不过是刺耳的噪音罢了。

Q4:真能有什么疾病、事故(脑损伤)使人无法认知音乐,把其当做噪音吗?



艾丽莎在中转站时是在空中漂浮着的,而莎特奥拉在刚从升降机上下来时明显地头盔掉在了地上……好吧,也有可能是莎特奥拉离地面比较近,而艾丽莎比较远……但……

Q5:距地面多远时头盔(重物)可以向下落向地面?




宇宙升降机的中转站附近发生了爆炸,打破了应力平衡,太空电梯即将倒塌,直接砸向地面。

Q6:宇宙升降机的终端(中转站)发生了爆炸,会使其倒塌砸向地面吗?或者说,这东西有可能掉下来吗?不会绕着地球转或是在大气层中烧毁?




为阻止宇宙升降机砸向地面,初春一行人找出了应急用的解体系统,引爆了支撑着恩底弥翁(Endymion)的三处爆破栓,再加上艾丽莎和莎特奥拉合唱引发的奇迹之声,使其偏离坠落轨道,避免了和地面的冲撞。

Q7:真出了事故,这种拆楼似的定向爆破?有可能避免宇宙升降机砸向地面造成伤亡吗?





观看之余疑问颇多,感慨也颇多……
P.s.吐槽一:整个剧情概而言之一句话——雷蒂丽·唐格罗德(这个败家子)自杀记…


还未遂……

悲催了…… = =

P.s.s吐槽二我朝能不能引进个主角≥12岁的动漫啊,而不是那种万年小学生的柯南……本人好想不是对着巴掌大的手机屏幕,而是对着电影荧幕看啊!!!

——2013年6月23日18:46:40

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23个答案
44 0

Revolucion果壳译者,生物专业

2013-06-23 20:29

1
材料问题。

文学作品中太空天梯的技术描述,以阿瑟·克拉克的《天堂的喷泉》最为详尽。中译不推荐网上电子书那个版本,错译不少。

天梯的基本思想是一个超大号的同步卫星。36000公里高空中的同步卫星可以和地表上的一点维持相对静止 ,如果我把这个卫星做得足够长,下端可以直接垂到地面上,那我使用传统的电梯就可以上同步轨道了。比火箭便宜得多。
当然卫星的重心还是得在同步轨道上,所以向下的同时也得向上,有个配重。

显然这个卫星各点的角速度应该一样。那么卫星的下端受重力大于离心力,向下拉;上端受离心力大于重力,向上扯。整个卫星受到巨大的拉力。
现在还没有实用的材料能够扛得住这种拉力,这是最主要的技术难题。目前的希望寄托在碳纳米管上。

其实天梯最早由齐奥尔科夫斯基提出时,不是靠反向配重,而是真的一幢大楼直冲云霄。但是这样一来整个天梯的质量就会压在地基上。抗超高压力的材料比抗超高拉力的材料更难找,所以这个方案现在大家都不考虑。


2
必须是空天飞机。

航天器有两个使用地点,大气层内和大气层外。但其实迄今为止没有一架实用航天器是为大气层内独立飞行而设计的,连航天飞机也只是部分迁就了大气层要求而已。没有伞、没有火箭,现有航天器全部完蛋。
但有一种设计理念是结合大气层内外的需求,也就是空天飞机Spaceplane。其实航天飞机可以看做这个方向上的雏形。一架设计完好的空天飞机有可能做到无动力迫降成功。也只是有可能而已。

话说回来,之所以我们要造天梯,最重要的目的之一就是跳过大气层内这一步。同时兼顾二者在工程上是很昂贵的,但有了天梯之后,我们就可以在地面上造好航天器组件、然后送上天梯在太空中组装,成本一下子低多了。天梯时代如果到来,猎户号这样的大气层内航天器将全部被淘汰。


3
确实非常难。

日本似乎是世界各国政府中对天梯最热衷的国家……所以想建在东京是可以理解的吧。
但是天梯的重心必须在同步轨道上,而同步轨道在赤道的正上方,不经过东京。
为了让一个稳定的天梯的末端经过日本,我只想到一个办法:配重。做一个“人”字形的天梯,大部分是正常的,唯独末端分叉,一段伸向东京,另一段伸向和东京轴对称的位于澳大利亚南海岸的那个点。澳洲人不一定同意……
分叉这部分的材料更是个大问题。一个传统天梯正常情况下受到的是纯粹的拉力,水平方向抗切能力的话,只要能防住风吹就行。但是现在你人字劈叉,叉出的那部分受到的重力与离心力的合力不沿着天梯的方向走,就是既受拉力又受剪切力。这对材料的要求可高得多了。打个比方,一根木棍,很多个人两头拉的话也不可能拉断;但一个人如果抡棍往地上砸,可以很容易地打断它。
所以,几十倍恐怕还是低估了它的难度……


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更新:
这事儿我想得太简单,没计算。
一个弧线天梯也可以引力/离心力/张力平衡的。

像这样。绿圈是地球,红圈是同步轨道,紫线是赤道平面,蓝线是天梯。

传统的天梯只有离心力和引力。这个方案加上了来自地面的拉力,所以可以维持。它是稳定的。

这个图是假定天梯是均匀的。如果不均匀,那么形状会发生细微变化。

这个方案的缺点是,需要地面提供一个非常非常巨大的拉力,而传统天梯不需要。这么说的话,动画中天梯在地面变粗就可以理解了……要是传统天梯的话,地面部分才是最细的。

另外建造起来恐怕也比传统天梯麻烦许多?

关于非赤道天梯的更多内容,请参见这篇文献: http://gassend.net/publications/NonEquatorialUniformStressSpaceElevators.pdf

不过话说回来……这样的天梯在东京地面看起来应该不是电影里那样竖直的啊……

——————————————


5
低于36000公里。

天梯和太空船不同。当一个人坐太空船在轨道上时,只要太空船的引擎不发动,那么无论轨道多高或多低,都是完全失重的,头盔都不会掉下去。
但是天梯不一样。当你坐电梯厢逐渐上升时,你感受到的重力越来越小,直到同步轨道时感到完全失重;如果继续上升,那么离心力超过重力,“重力感”就会反过来,好像被甩向了太空一样。
所以,天梯的分界线就是36000公里。只要比这个高度低,头盔就会落地。事实上可以根据电影中头盔落地的时间估算出人物当时所在的高度。中转站如果是失重的,证明它就在36000公里高度。


6
会掉下来。

天梯之所以能在空中,全凭它的重心位置恰到好处,使得两侧的拉力平衡。一旦天梯因为某种原因从中间断裂,下面的部分就会掉下来,而上面的部分会飞走。

至于掉下来会不会在大气层中烧尽,显然取决于天梯的材料和质量了。


7
也许能避开陆地。

考虑到东京在水边不远处,稍微加力就能使它往太平洋里走。
但是如果天梯坠落是因为中转站发生爆炸的话,那么我们刚发现中转站在36000公里,掉下来的天梯也就会至少长达36000公里(还没考虑人字形劈叉的部分呢)。这……几乎能绕赤道一圈了吧。
太平洋最宽处将近2万公里,所以最起码要让掉下来的这一半再一分为二,才有可能让它不会砸到陆地。因此为了保险,中央还得至少再设一个爆破点,而且爆完了之后要两边对折着落入太平洋。这技术难度比大楼定向爆破高多了。

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bombzip建筑学本科生

2013-06-24 02:39
支持者: 浮渡洲山人

不可控因素太多,包括温度,湿度,风力大小,气候变化等的影响,想要做到完全同步,基本不可能,也不经济啊,所以不光是材料问题。启动幻想模式:如果能做到非物质连接就好了,比如在月球建个什么基地,从中发射出一种集中的特定的拉力(比如说磁力神马的),把地球上的东西拉到太空中去,嗯,貌似这个想法比天梯靠谱,虽然也很扯淡。

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支持者: 章鱼喵.时见疏星

前几天刚看了天堂的喷泉,首先要找到书里那种一根细丝锯断钢板的材料就很难啊,而且还得大规模量产。

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hetaoljt专业烧开水

2013-06-24 07:58

不考虑地震、大风、对流等自然干扰,倒是可以用积分简单计算一下达到引力-向心力自平衡所需的高度 然后再计算一下应力最大点的极限横截应力 以目前的材料,我看不乐观 = =

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老漫画<铳梦>也有这个,是个两头圆形,中间细细通道连接的哑铃型都市,一头叫耶路,一头叫撒冷,处于刚好失重状态。

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疯过无痕吃货吃货吃货,do2鲜鱼,科幻迷

2013-06-24 10:00

1:如果陨石或者小行星撞向电梯咋办?
2:如何保证起点、终点所在行星同步运动?或者让电梯变软?
3、难道人乘到一半还要旋转180°??

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就目前来说,建造天梯神马的还不如直接到没有大气层的月球从零做起来得经济。。。

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我可是剧迷啊!前天才看完!

不过严谨来说,目前是扯淡的。材料是个大问题。

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JIK动漫控,科幻控,文艺小青年(啊,这个文艺不是刚才...

2013-06-24 10:54

我想吐槽这个看起来真像银河机攻队里面那个貌似也是太空电梯的巨型装置?

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索拉动漫控 二维设计师

2013-06-24 13:11

冲着楼主的最后一段吐槽 ,一定要支持下!!!!
我只看过电磁炮 没看过这个
话说如果要实现最大的瓶颈应该是材料

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地震,海啸,龙卷风什么的也得注意吧!

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我明白了!多谢楼上诸位的热心解答,受益匪浅。准备入手克拉克的《天堂的喷泉》~

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河马物理老师死得早不是公认的事实么

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关于太空天梯转载一个文章,我也不是很懂仅供参考:
http://jandan.net/2014/02/26/space-elevators-are-totally-possible.html
太空电梯(Space Elevators)这种东西你一定在一些科幻作品中见到过,那看上去就是一种荒谬的存在,像一根电线杆矗立在地球上直通太空,似乎随时的风吹草动就会让它粉身碎骨。当我们觉得他可能只存在于科幻作品中时,是科学家们却说:太空电梯真的有可能实现。
一个来自International Academy of Astronautics 的团队近日发布了这项惊人的研究报告。在关于是否可以修建太空电梯的问题上,他们使用300多页的文字,详细阐述了太空电梯在技术上的可行性以及发展方向。简而言之:可以干!

为什么要修建它?

这个问题很容易回答。首先是,简约成本。火箭技术虽然也能将人们送上太空,不过诺大的火箭80%的空间都是燃料,14%为主要结构,只有6%可以载人,实在是比较浪费。火箭技术每次都会消耗很多化学材料(燃料以及其他)。相比下来,太空电梯拥有小体积,且低耗能的优点。其次,一旦太空电梯建成将大大提高人类造访太空的频率,将有更多科学家有机会亲临太空,此举将开创人类探索太空的新纪元。最厉害的,太空电梯使得人类可以更好的吸收太阳能,它将可以解决地球上的能源问题。

如何修建它?

这当然是一件复杂的事情。简要的说,它的远离是在地球赤道上竖起一条长99779.328 公里的‘轨道电缆’,并保持它的重心与地球同步。然后制造一个一辆运行在轨道电缆上的“车厢”就是了。其实这些基本的概念与1979年作家C. Clark 在首次在小说中提到‘太空电梯’ 这个东西差不多。并且作家C.Clark 曾经在2003年表示:人们停止嘲笑这个概念后的10年,太空电梯将简称。这么看起来,今年便是人们停止嘲笑这一年吧。
完成这一壮举的核心技术则是:纳米技术。90年代地球人发明了碳纳米管,这是一种轻巧、坚韧又刚硬的材料。它是作为“太空电梯中轨道电缆”的最理想材料。早在90年代末NASA 便做了这方面的研究和发布过使用这种材料制作太空电梯的可行性报告。

新发现

随着碳纳米技术的增强,如今IAA这个团队号称目前他们正在测试的材料已经超过了之前的水平,完全可以执行“太空电梯”这种伟大的项目,不过他们还没有公布这一材料是什么。纳米材料领域一直以来都受到各国的关注,数十亿美元的研究经费框框往里面咋,科学家预测在2020年代,人类一定可以通过该技术发现最适合的材料。由于该领域一直出于火热状态,所以很多科学家的态度更加乐观,有人预测日本可能在2050年就能制造出“太空电梯”,甚至还有人传言Google 的X lab 也在秘密的研发太空电梯。人们都乐观的认为50年内,这个东西会代替如今的火箭。(不过Google 官方对此辟谣过了。但是有其他更多的团队都在往这个方向所努力,例如International Space Elevator Consortium、NASA、 Elon Musk的火箭公司等等。)

等着新纪元吧

IAA 老大Gopalan Madhavan Nair 最后在这份报告中说:毫无疑问,所有的太空机构都会喜欢这份研究,它为太空电梯的实现指明了方向。而太空电梯的实现,可能就会在最近50-100年当中完成,它会改变世界。

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4
实际中有这样的案例,曾在某个记录片中看到过,但是因为事故还是遗传就不记得了

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地球只要輕微的轉一下,直達太空的電梯就會倒塌,材料什麼的都是扯談~

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