1、引言

流浪地球2终于上映了，我大年初一上午就去看了，应该算是正式上映后的第一批观众吧。现在已经过去3天了，相信很多同学应该都已经看过了。我看完之后大受震撼，强烈安利给大家。

流浪地球海报

流浪地球2的主线剧情有2个，一个是太空电梯的坠落，一个是月球的炸裂。电影呈现了太空电梯的场景，基本上与大刘在《三体》小说中设定的差不多，比《三体》小说更多细节。一套商品房那么大的厢体，首先依靠自带的底部“火箭”发动机带动，最大加速度高达9个多G，到达一定高度后，由高处的牵引绳继续拉扯升空，最后到达空间站。空间站外，还有平衡电梯结构自重用的配重。

太空电梯坠落

在上一篇中，我已经详细计算了目前高强度缆索的受力，现有水平下，当缆索长度超过20.6公里后，就会被它的自重拉断。只有达到蛛丝那么高强度的材料，才有可能。这里，我想结合电影中的太空电梯，再讲解一下太空电梯的轨道，以及配重到底是怎么回事。

2、地球静止轨道

太空中的物体，绕着地球做无动力飞行，它受地球的引力，与其圆周运动产生的离心力“平衡”。这里的平衡是带引号的，并非真正的平衡。想要达到这种平衡，那么物体的轨道速度和高度是匹配的，其表达式可以精确地推导出来。随着轨道高度的增加，公式中的R增大，在轨速度就降下来了。也就是说，在太空中，距离地面的高度不同，无动力飞行的物体速度是不一样的。

速度与轨道的关系

另外，我们把速度用角速度来替换，而地球自转的角速度是7.292e-5rad/s，在地球的赤道面，由此可以得到对应的轨道高度是35786千米，这就是同步卫星所在的静止轨道。卫星旋转的速度跟地球自转保持一致，肉眼看起来这颗卫星就好像静止一样。地球静止轨道有且仅有一个，应该算是非常宝贵的太空资源。其他的轨道，哪怕是同样的高度，也无法实现静止的效果。

地球静止轨道

显然，太空电梯想要变成现实，就必须跟这个地球静止轨道有关系。影片中设定的地点位于加蓬，一个位于非洲的赤道穿过的国家。太空电梯的地面端是牢牢固定在地面上的基地，另一端是配重。如果不考虑缆索、厢体等自重，那么这个所谓的配重就必须位于静止轨道，这样太空电梯才有可能。实际情况肯定是需要考虑的，那么配重的位置就需要重新计算了。

加蓬

3、配重的大小

在太空电梯的运行过程中，厢体有一套商品房那么大，质量肯定是按吨计算的。空间站更大，质量至少是按百吨计算的。前面说过，不同的轨道高度，有不同的环绕速度。现实中的空间站的高度大概是400公里，其无动力速度大概是7.8km/s，而静止轨道上的无动力速度是3.1km/s，两者速度相差太大，想要将空间站束缚住，那么配重必须更大。至少得是千吨、万吨的级别。否则的话，空间站要么自带动力，始终维持住相对静止的状态；要么就直接把垂直状态的电梯拉歪，把配重拉下来，最终就像影片中的那样，直接坠落。

坠落的空间站

4、影片的BUG

不过，影片中的坠落地点其实是不科学的，它不可能直接垂直坠落，砸在基地之上。爆炸之后的空间站，失去了缆索的束缚，基本上算是自由的状态。在这个轨道高度上，正常的速度要7.8km/s，才能维持住。但是为了太空电梯的同步，其速度远低于7.8，产生的离心力不足以跟重力平衡，重力大于离心力，空间站坠落。但是在坠落的过程中，由于大气层的阻力，在随着地球自西向东一起旋转的过程中，水平方向的向东速度慢慢被消耗，最终空间站会砸在基地的西侧。影片中的效果，就好像空间站被炸了，但是依然牢牢地跟缆索连着，且缆索还没受到任何伤害。

5、总结

所以，太空电梯想要真的能够实现，就必须早日占领地球静止轨道。