如果從地球到月球安裝一個電梯,方便大家登月旅遊,大約需要多少錢?

宮粽


這樣的設想很有意思,其實很早之前就有科學家提出了這樣的想法,只是目前想要實現難度還是很大的。


地球與月球的距離,在近月點的時候是36.3萬公里,遠月點的時候是40.5萬公里,平均距離38萬公里,月地距離可以說時時刻刻都在發生著變化。所以搭建月地電梯的時候,是不能直接連接著月球的,必須要在太空電梯的纜繩之間設置一些轉換連接點。也就是說從地球搭一個電梯到月球的話,這個電梯也必須是分為好幾段的。

但是雖然設想有這麼設想,但是一方面費用高昂,另一方面則是因為沒有人能夠製造出長達數萬公里而且還強度符合要求的纜繩。如果現在有那麼一種繩子可以滿足強度要求的話,那就是碳納米繩,但是這種繩子的話價格高到離譜,你別說從地球建到月球了,就連是從地面建到近地空間站那造價也是天文數字,哪怕富如美國,也承受不起。


現在據說俄羅斯已經在進行類似的實驗了,俄羅斯目前也有太空電梯計劃,但是他們的電梯相對簡單,只是建造一個30公里的纜繩,能夠將地球上的貨物運送到太空艙就算是成功了,這個項目目前已經接近尾聲了。如果俄羅斯此次的太空電梯能夠成功的話,那麼將會無疑增加人們成功製造地月電梯的信心,相信不久之後就會有新的項目開始實施。

要知道我國每公里高鐵的造價,已經超過了一億元人民幣,如果是建造太空電梯的話,那麼費用又不知道要翻多少倍,總而言之那肯定是天文數字。但是也有科學家提出從月球上建造一個月球電梯開始,因為月球上的重力加速度只有地球上的六分之一,所以如果建造的話對於繩子的強度要求將會小很多,而計劃是這個電梯第一期長5萬公里,然後在太空中分段進行建造,最終可以和地球連為一體,只需要多中轉幾次,就可以從地球到達月球了。


鏡像宇宙


具體多少錢無法估算,但肯定是一個天文數字,首先地球和月球之間的平均距離,大概在38萬公里左右,如果這個電梯每公里的造價有1億元,那麼38萬公里的距離,至少也掏出38萬億人民幣才行,但這個數字肯定是遠遠不止。

要知道我國的高鐵每公里造價,都不止1億元,所以如果真的要修這麼一個電梯,需要的資金根本無法預估,而且就算人類能掏出這麼一大筆錢,技術上也是另外一個問題,首先月球和地球之間,不是互相潮汐鎖定的,月球相對於地球表面來說,是在不斷移動的。

所以如果要建造這麼一個電梯,就必須給電梯做一個可移動的滑軌,另外月球繞地球的軌道,也不是一個完美的圓,它實際上是橢圓的,所以這個電梯移動的的軌道,還需要具備可伸縮性,但這個工程量也太難了,人類根本無法建造這麼浩大的一個工程。

所以月球電梯這個事,錢並不是最關鍵因素,目前的技術問題,才是無法解決的一個BUG,但這個設想從理論上是可行的,而且還有人嘗試過,例如一位叫做萊恩的美國人,就成立一個科技公司,並且投入巨資進行研究,但由於建築材料的問題,這個事也就沒有下文了。


科學薛定諤的貓


這個問題很有意思,也並非空穴來風。從地球到月球38萬公里,要安裝一個電梯並非易事,但並非完全不可能。

2010年美國太空電梯研究公司“電梯港”總裁邁克爾·萊恩就曾誇下海口,說要在10年內製造出一架“月球電梯”。

當然萊恩並非說說而已,早在2003年他就為了打造通往太空的“天梯”而成立了“電梯港”公司,投入巨資研究從地球通往太空的“天梯”。

他的設想是將一根長長的纜繩固定在地球上,另一端固定在地球同步軌道的太空站或衛星上,然後利用太陽能或激光驅動電梯上下移動。這個“天梯”的計劃是10萬公里。

其實,早在19世紀末的1895年,俄羅斯科學家就提出了太空電梯的概念,一百多年過去了,這個夢想並沒有實現,主要原因是沒有人能造出數萬公里長的超強纜繩。

而邁克爾·萊恩已經找到了建造“天梯”纜繩的材料,就是碳納米繩。但這種材料建造成本太高,每克價值500美元,10萬公里的投資將是一個天文數字。曾經大力支持萊恩的美國航天局也因財政危機有心無力,哪一個企業也無法承擔這麼巨大的經費。

這個問題最終導致了萊恩計劃的停滯,但他沒有氣餒,而是另闢蹊徑。他宣佈製造“月球電梯”。不過這個月球電梯不是從地球上升起,而是從月球上升起,這樣就變成了一個造價更小的工程。

他計劃從月球上建造一條垂直於月表的“月球電梯”,第一期長5萬公里。因為月球上的重力僅為地球的六分之一,這樣對纜繩的強度要求就遠遠小於地球通往太空的“太空電梯”了。他們準備採用日本生產的高強度、高耐熱性“柴隆”複合纖維,打造“月球電梯”的夢想。

“月球電梯”只是第一階段的計劃,然後可以在太空分段建造連接地球的"太空電梯",最終這個電梯將與地球連為一體,人們只要中轉幾次,就能夠到達月球。

萊恩設想,最初的電梯一次運輸只能達到200-250公斤。

無獨有偶,現在俄羅斯和日本的“太空電梯”計劃也在加速進行。有人預測,"太空電梯"將會引發新一波太空競賽,誰先造出第一部"太空電梯",幾乎就等同於贏得了殖民外層空間的門票。

俄羅斯目前的“太空電梯”計劃相對簡單,只是做一個30公里的纜繩,將裝有貨物的太空艙送回地球,據說這項研究已經接近尾聲。

日本的“太空電梯”計劃相對就複雜很多。日本大林公司計劃建造的“太空電梯”,是將遊客送往3.6萬公里的太空站。這個“太空電梯”用磁力線發動機推動上升,爬升7天就能夠到達太空站,這種電梯每間可以運送旅客30位。

大林公司指出,航天飛機每運送1公斤貨物耗資2.2萬美元,而他們所做的“太空電梯”只需要200美元。

這個“太空電梯”站將建在東京,名字叫做“東京天空之樹”。這個站高達2080英尺,將成為一個集數字廣播、觀光遊覽為一體的旅遊基地。目前專家們已經對這個項目完成了論證,認為基本可行。大林公司宣佈,“太空電梯”將在2050年建成。

這種科幻式的生活距離我們還有多遠呢?不管是“太空電梯”還是“月球電梯”計劃肯定困難重重,到底能實現嗎?

時空通訊認為人類從古到今已經實現了無數的夢想,“月球電梯”既然已經從夢想變成了計劃,儘管還可能有許多困難挫折,但這個夢想一定能夠實現。

我們期待著乘電梯到月宮旅行的那一天早日到來。

我相信這不是科幻,是即將實現的夢想。謝謝。


時空通訊


2012年2月,日本大林建設公司曾宣佈,將投資100億美元建造太空電梯,預計2050年建成使用。這部電梯設計使用碳納米管作為纜繩,長度達9.6萬公里,是地月距離的四分之一。太空電梯在末端有一個平衡錘,靠離心力維持電梯不掉落下來。電梯中間則是空間站,有實驗設備及居住空間。



不過現在已經過去了這麼多年,最大的挑戰依然是作為纜繩的碳納米管,目前還只能製備釐米級長度的碳納米管,中國清華大學曾在2013年宣佈製備了55釐米長的碳納米管,似乎到目前都還是碳納米管長度的最高紀錄。如果碳納米管的長度取得突破,太空電梯建造就可正式開始了。



日本的方案只是一個初步規劃,光是發射平衡錘的配重,估計就需要不少銀子。不過現在馬斯克的可重複使用火箭已經多次發射,這是以前不曾預料到的,估計100萬美元未來說不定真的可以建成一部太空電梯。在這樣的情況下,再建造到月球的太空電梯就順理成章,指日可待了。



那麼要如何建造到月球的太空電梯呢?

由於月球和地球已潮汐鎖定,月球永遠以相同一面對著地球,因此可在月球上選擇一處基座建設地月太空電梯。地月距離最長時大約40萬公里多一點,我們可在地球和月球的引力中點——拉格朗日點上設置平衡錘。地球端的基座由於地球的自轉無法設置在地球上,可以設置在地球軌道上,利用太空飛機在地球的太空電梯和地月太空電梯之間進行中轉。由於太空中沒有空氣,太空飛機實際也用不了多少燃料。



如果日本真能100億美元建成地球太空電梯的話,我估計地月之間的太空電梯費用應該在其十倍左右,即1000億美元。

當然,建造太空電梯八字還沒有一撇,誰也不知道究竟要多少錢,這個估算就算拋磚引玉吧,歡迎大家報價,報價最低者將有機會成為未來太空電梯國際建設項目總包工頭。


徐德文O戴維科學


很好的問題,我先不說的答案,但給你一個大致的推導過程。

地球的半徑是6700公里,地球到月球的距離是380000公里。地球到月球的距離大概是地球半徑的56倍。

那麼好了,如果一個人的質量是50kg,那麼ta在地球表面受到的重力是500牛頓,而ta到月球附近受到的重力大概是500除以56的平方等於0.15牛頓。

你需要知道的是,距離地球中心越遠,重力越小。重力(引力)是與距離的平方成反比的。

那麼好了,我們來估算一下一個人從地球表面移動到月球需要克服重力做多少功,或者說引力勢能增加了多少。本來這個計算過程需要用到積分,但我可以直接把估算的共識告訴大家:
6700*500減去38000*0.15

答案是329千萬焦耳。(注意量綱哦)

也就是說,如果從地球到月球安裝一個電梯,方便大家登月旅遊,每運送一個50kg的人去月球需要做功329千萬焦耳。

我們知道,一度電是1千瓦小時,也就是360萬焦耳。

所以,我們發現把一個人送上月球大概需要329000/360度電,算出來是914度電。

以一度電5毛來計算,需要457元人民幣。

如果裝好了地球到月球的電梯,基本上500元的電費就可以去月球了,問題的關鍵在於,建設成本太高,還要加上類似於機場建設費一樣的電梯建設費,那就貴了。


作家張軒中


為了建造連接地球和月球的太空電梯,需要面臨相當多的問題。且不說這樣的地月電梯能否造成,就說這種電梯所需的造價,可能是一個天文數字。

首先,由於地球和月球沒有互相潮汐鎖定,只是月球被潮汐鎖定,所以地球表面相對於月球存在運動。這意味著無法建造能夠直接連接地球和月球的電梯,否則地月系統的平衡會被破壞掉。為了建造地月電梯,只能在地球和月球軌道上建造出一種特殊的可移動環形軌道,電梯會隨著月球公轉而做相應的運動。

其次,月球並非以一個完美的圓形軌道環繞地球旋轉。月球的公轉軌道呈現為橢圓形,它與地球的最近距離為36.3萬千米,最遠距離為40.5萬千米。這意味著地月電梯還要具有伸縮性,伸縮幅度需要達到4.2萬千米。

此外,還有很麻煩的一點是,月球的公轉軌道平面(白道面)與地球的赤道平面並非共面,而是存在18.3度至28.6度的夾角。如果想要在赤道上建造地月太空電梯將會變得不可能,而在其他緯度建造太空電梯將會增加成本,因為太空電梯建造在赤道可以充分利用地球自轉的離心效應。

如果上述問題能夠解決,還要考慮材料強度的問題。理論上,用於太空電梯纜繩的理想材料是性價比較高的碳納米管。日本一家公司在2014年宣佈,他們計劃用碳納米管建造出高度為9.6萬公里的太空電梯,造價大約為100億美元。因此,如果要把電梯從地球造到月球,最少的材料耗資將要達到400億美元,摺合人民幣2700億元。如果再考慮到上述問題,地月太空電梯所需的造價更為昂貴,可能是一個天文數字。


火星一號


這個問題還是挺有意思的,我可以試著回答一下。

首先來說,這種從地球到月亮安裝電梯的方式幾乎是不可行的,因為月球圍繞地球轉動的週期跟地球自轉的週期並不相同,所以這個連著地球和月亮的電梯很有可能會像毛線球捲毛線一樣捲到地球上,最後斷掉。

另外一個,就是現在所有的太空電梯都只是一種科幻上的幻想而已,並沒有人真正去造過,所以究竟會花費多少錢我們也不好說。而一般來說,分析計算一種交通工具的“車票”錢,最重要的就是要考慮交通工具本身的折舊,比如說一輛客車50萬,假設在整個壽命裡能賣出去5萬張票,那麼折舊費在車票裡面的錢就是10塊錢。而現在這部電梯的造價不好估計,所以去登月旅遊的票價也不好說。

但是不管怎麼樣,我們還是可以做點兒假設工作,預測一下將來月球旅行的車票錢。

1,折舊費。

事實上,還是有人非常嚴肅地估計過一部太空電梯的造價過的,並且寫成了論文專門發表在第55屆國際宇航大會上(2004年的時候),根據這篇論文,建造一部太空電梯大概需要160億美元(2004年),不過這部太空電梯長度只有10萬公里,而地球到月球之間的距離將近40萬公里,所以算上美元的貶值,在今天造的話大概要1000億美元。

我們假設這部電梯可以工作100年,根據一般的建築物的經驗,維護一棟壽命為60年左右的建築物費用大概是建造費用的三倍,所以我們假設一百年內維護這部電梯的費用是建設電梯費用的四倍吧,那就是總共5000億美元的造價+維護。

然後我們假設平均每天會有一千人通過這部電梯通向月球(有點兒多了,但是不妨這麼假設吧),那麼100年的時間,一共會有超過3500萬人使用這部電梯。那麼平均下來,每個人使用這部電梯折舊價格就是1.5萬美元。

當然,因為這部電梯可能還會用來運輸大量的貨物,可以大大降低均攤到每個人身上的折舊成本,不過我們先不考慮那個。

2,能源消耗費用。

接著是把人給送到月球的能源。其實這個問題還真的是挺好解決,一方面是未來的能源價格可能會極低【而且太陽能也許會被廣泛使用】,二來是這些電梯無非是克服重力勢能做功,但是有那些要從月球回地球的電梯,地球重力會對這些電梯做功呀,所以電梯能源是可以重複利用的。於是我們可以大膽假設,送電梯上月球的能源花費幾乎忽略不計。

3,管理費用。

然後是按照一般航空運輸業人員服務管理相關的費用,佔到總成本的20%左右,因此可以簡單認為差不多是要3000美元左右。

所以說,如果真的能夠建成這樣的地月電梯,運送一個人的成本大概是在2萬美元左右。而根據剛剛說的那篇論文,他們給出的成本也大概是在100美元/公斤的樣子。看起來,確實不貴。


SilentTurbine


從地球到月球顯然不可能安裝直達電梯,因為地球和月球都會自轉,這個電梯即使安裝好,也早被擰成麻花了。那麼除了乘坐太空飛船,人類就沒有相對成本較低,而且可以大量運送人和物品去月球的方法了嗎?實際上,這才是一個實實在在的科學和工程學問題,那麼就讓我們來討論一下。


一. 人類已經完成登月

人類要走出地球,走向宇宙,甚至移民到其它星系,是遲早的事。但在真正走出去之前,月球顯然是人類的第一個小目標。人類雖然以及登月過不止一次,但每一次都是耗費巨大人力物力的科學探索任務,象徵意義遠遠大過現實意義。我在之前的一個悟空問答裡,詳細描述過人類之前乘坐阿波羅號的登月進程,這裡就不贅述了,詳見鏈接:

https://www.wukong.com/question/6492818316162236686/

二. 登月和月球移民開發是兩回事兒

1969年完成的阿波羅登月計劃,耗資超過200億美元,約佔當時美國科技研發費用的20%,最終才僅僅送上月球寥寥數個宇航員,這個成本對於大規模移民開發月球來說顯然是不現實的。那麼登月最大的能量消耗在哪裡呢?就是在飛船起飛擺脫地球引力場的時候。

所以要想實現經濟登月,首先要做到的是要把這個階段的能量消耗降到最低。那麼有辦法嗎?有!


三. 太空電梯

最早的想法是建造太空電梯。所謂太空電梯其實原理很簡單,如下圖:

電梯的一端在地球的赤道,另一端在地球同步靜止軌道上。

所謂地球同步靜止軌道,就是
在赤道上空,距離地面35786公里處,順行的圓形軌道。人造衛星在這個位置環繞地球運行的速度為3.07千米/秒,角速度恰恰等於地球自轉角速度,所以會相對地球靜止。

這樣一來,這個電梯就不會因為兩端速度不同而扭曲了,可以很穩定的運轉。而人類就可以通過電梯把太空船建造原料以及大量人員源源不斷的運到同步軌道,在那裡組裝好。那裡地球引力場的作用已經幾乎可以忽略,從那裡出發去月球,消耗的燃料將非常少。於是,大規模的移民將變得可行。NASA做過成本核算,如果太空電梯建好,將一公斤原料送上太空的成本可以降到200美元。


但是建造太空電梯最大的技術問題,就是纜繩的材料問題。你可以把這個電梯看做一個高速甩動的流星錘,只不過甩繩長3萬6千公里。目前人類還沒有研製出能夠承受如此大拉力的材料,而像石墨烯這樣的納米材料,可能是未來的突破。不過即使如此,以人類目前的科技水平,建造太空電梯的成本也是天價的。


四. 重型獵鷹

不過,最近人們似乎更看好一條新策略,那就是現在進行的如火如荼的SpaceX可回收火箭計劃。很多人都知道前一陣的大新聞,鋼鐵俠使用可回收火箭重型獵鷹發射了一輛特斯拉上太空,並且部分火箭發射器回收成功。

可重複利用意味著航天發射的成本將被大大降低,目前可重複使用火箭已經可以將發射成本降到每公斤7000美元。隨著技術的成熟,以後的可預期成本可能會降到1000美元以下,這樣就完全可以取代太空電梯了。

重型獵鷹各個型號


五. 成本核算

如果我們乘坐太空穿梭機從地球同步軌道出發,那麼只需要使用很小的能量,提供持續不斷的加速度,就可以很快達到極高的速度。這樣的話,不但去月球輕而易舉,去更遠的地方,比如火星,也不是什麼難事兒。


至於具體的成本,現在是說不好的,誰又知道那時候的世界還是不是以美元為通用貨幣來和核算的呢?


羅生物語


關於這個問題,應該是扯一條電纜,比建一部電梯更划算省錢,而且適用可行。具體的做法如下。從喜瑪拉雅山山腳,建一條平滑軌道,一直建到珠穆朗瑪峰山尖。載人航天登月飛船在軌道上,用磁懸浮和電磁大炮彈射,把飛船沿軌道彈射到近地空間,飛船後面扯著一條和地面相連的光纖電纜,繼續提供飛船的前行動力,直到飛船不能承受所拖電纜之重的臨界點,與電纜脫離,按計算好的行進路線,用較少的燃料進入月球軌道。同時,在月球蛋狀環形山,建立大型磁場降落地,利用異極相吸,同極相斥的原理,把月球降落場的電極和飛船的電極調成一致,讓登月飛船臨月面時,緩緩落入環形山。回地球只要把月球蛋狀環形山磁落場的電極調反,就能把登月飛船斥出月球,重返地球。月球的引力較小,飛船後面不用再扯一條電纜,和月球蛋狀環形山發射場相連。這樣的話,登月飛船落到月球,把電源磁場全部關閉之後,你就可以走出艙門,踏上月球之旅。至於能不能見到嫦娥妹妹,就看你的造化如何了。





後津豐樹


如果從地球到月球安裝一個電梯,方便大家登月旅遊,大約需要多少錢?

看起來似乎是錢的問題,已經有大作家計算過了,理論值:50KG的人不計承載算出來是914度電。以一度電5毛來計算,需要457元人民幣,看上去好便宜但這似乎是完全不可能啊,完全是一個題目出錯的個問題!

在這裡需要了解一個名詞是潮汐鎖定,這個對於建設這條電梯尤為關鍵,很幸運月球已經被地球潮汐鎖定,一面永遠朝向地球,我們可以在正對月面中間建設一個超級電梯基地,為何叫超級呢,因為這個電梯的長度將達到平均距離38.4萬KM!

那麼在地球上我們要把這個點選擇哪裡呢?很抱歉地球上沒地方選,因為地球並沒有和月球互相潮汐鎖定,因此在地球上這個點是移動的,每天每刻都不一樣(當然你每個月會看到一次月亮在同一個時間和地點升起,因此這個點大概每月會在同一個地方一次)!那麼造出來之後我們還沒有一個固定的上電梯位置,這讓人情何以堪啊.....

月初升起的位置

月中升起的位置

另外還有一個比較嚴重的問題,地月距離只是一個平均距離,遠地點和近地點的距離是變化的,如下圖:

最遠距離是40.6萬千米,最近是35.6萬千米,相差5萬千米,這個電梯還得做成伸縮型的,而且這個伸縮距離達1/8,非常大的挑戰哈....

最後再來看看有沒有這樣的材料,一般的鋼材拉斷自身的極限長度大概是11千米左右,高強度碳纖維能達到上百甚至千倍這個距離,但地月之間平均距離達38.4萬千米,以現在的技術即使在同步軌道上建造一個電梯(加上配重約需10萬千米長度)都無法制造,何況地月系之間呢?

所以想搭乘地月電梯的朋友還是洗洗睡吧!

最後友情提醒下冥王星和它的衛星卡戎是互相潮汐鎖定的,有理論基礎!


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