国产科幻电影《流浪地球2》看了没?电影中高耸入云、连接天地的太空电梯,是片中最震撼的场景之一了。
太空电梯(电影预告片)
自影片上映以来,关于太空电梯的讨论一直热度很高,建太空电梯需要几步、我们为什么建不成太空电梯......足以见得大家对影片的喜爱,以及对人类科技进步发展的热切期盼。
太空电梯如此宏伟的“超限高层”建筑,为什么建在非洲加蓬,如何保证它的地震安全性呢?
—— 一句话总结推测结果:因为地震 ——
—— 开始一本正经的胡说八道 ——
太空电梯是什么
根据影片的设定,太空电梯修建于UEG(“世界联合政府”,影片中由全球各国共同成立)加蓬联合实验基地。基地位于非洲加蓬首都利伯维尔,除了太空电梯,行星发动机一号试验机也坐落于此。太空电梯位于基地附近的赤道上空,是从地球表面向太空运输航天员及货物的枢纽。
UEG加蓬联合实验基地(电影剧照)
太空电梯是一个比较科幻的概念,在科幻小说中经常出现,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,而是将他们送入太空中的空间站。
太空电梯(电影预告片)
影片中的太空电梯高达9万公里,建筑主体是连接太空站和地球发射平台的缆绳结构。在发射平台,轿厢像火箭一样被发射出去,沿着轨道飞速上升,轿厢里的新手领航员们摆脱了地球引力,但承受不住巨大的加速度,纷纷晕眩、呕吐乃至晕厥着向太空奔去。
太空电梯(电影预告片)
为什么在加蓬
电影中地球面临生死存亡的危机,全球人类团结一心,因此太空电梯的选址暂不用考虑地缘政治和经济因素,重点考虑安全问题,比如地球离心力、气候、地震、对人类影响等多种因素。
毕竟如此细长的结构,即使是由地球离心力“拉着”缆索,无论大地震颤还是狂风暴雨,必将影响到整个设施的安全。所以地面端最好常年风力低于2级,远离各种气压带。再考虑受力需求,赤道就是首选,在众多科幻里太空电梯也都是建于赤道的。
太空电梯需要有坚实而庞大的地面设施及地基,考虑施工就不能离大陆太远,或者至少不能在深海区。下一个需要考虑的因素就是——地震。
以下使用的是美国国家地质调查局(USGS)过去30天内的地震数据,圆点代表地震,圆点越大地震越大,深红色折线为板块边界。
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首先排除赤道印度洋沿岸地区。
这里是印度洋板块、欧亚大陆板块和太平洋板块的交界处,地震频发。尤其印度尼西亚饱受地震侵袭,“支离破碎一团糟”的地下构造无法支撑起庞大的太空电梯。非洲东海岸看起来相对平静,但在非洲东部存在纵贯南北的东非大裂谷,地震频繁,从安全角度考虑不宜入选。
至于太平洋沿岸都可以不用考虑,因为赤道横穿“环太平洋火山地震带”,这里的地下构造十分活跃。西岸印度尼西亚和东岸厄瓜多尔,都是地震多发的“老牌选手”。太平洋板块与欧亚大陆板块和美洲板块的角力,恐怕要等地球内部“熄火”那一天才能停下。
剩下的只有大西洋沿岸的赤道地区了,从地图上可以看到巴西和加蓬地震都不多。
但巴西太容易受到地震影响了,纳斯卡板块从太平洋板块分离出来,与南美洲板块“正面交锋”,在南美洲西部造成了多次大震、巨震,全球有记录以来最大的地震就是1960年5月21日发生在智利的9.5级地震。巴西很难不受到地震波及。
那么剩下的只有加蓬。虽然上图显示加蓬在过去一个月内发生过一次4.6级的地震,但整体来看加蓬并不是一个地震多发的国家,最近10年加蓬及其附近300公里以内都没有发生过6级以上地震。
而且非洲大陆板块完整,与其他板块交界处都离得比较远,板块间碰撞造成的地震基本不会对非洲大陆造成很大影响,除东非大裂谷外,其他地区地震都非常稀少。而且就算东非大裂谷发生的地震,震级一般都比较小。
所以,《流浪地球2》里太空电梯建在加蓬,是合理的选择。
加蓬海景
太空电梯怎么才抗震
9万公里的设施无法想象,只能回归真实世界参考现成案例。
高→目前人类最高的建筑——迪拜的哈里法塔,总高828米。尽管迪拜本身并不是一个地震多发的国家,但修建哈利法塔仍使用了大量的抗震、减震技术,配备了大量阻尼器,以“吸收”地震和风的作用。2008年伊朗发生一次6级地震,尚未竣工的塔身产生晃动,但完好无损。
哈利法塔
电梯→电梯本身极易受到地震影响。2008年汶川大地震成都、德阳、绵阳、广源、雅安、阿坝等6个重灾区内有4.9万台电梯,其中2万台受损,高达一千台电梯报废或重大维修,且发生了电梯困人的现象。我们也常常提醒大家地震后不要乘坐电梯,一定要走楼梯疏散撤离。
作为超超超超超高特种设施,太空电梯的地面发射平台肯定会使用大量抗震、减震、隔震或者未来出现的新技术。目前我们能想到的,还有“主动防御”——使用地震预警技术。
目前部分地区已为电梯加上地震预警终端,当电梯接收到地震预警信号后,会自动控制轿厢停靠在就近的楼层,持续敞开电梯门,保障乘客安全。在电梯里使用地震预警技术的各项要求也在逐渐规范中。
虽然太空电梯是个比较科幻的概念,但是现实世界里,已经存在“太空电梯联盟”等组织,很多人预测太空电梯将在未来100年内投入运营,日本目前已经尝试了很多技术方案。不管未来建成与否,安全问题一定要牢记呀!
参考资料:
美国国家地质调查局(USGS)
《ASEISMIC SOURCE MODEL FOR WESTA FRICA》16th European conference in Earthquake Engineering
《<流浪地球2>这些细节能实现吗?解读来了!》新华社
《汶川地震电梯受损情况分析与建议》卜四清
《中国首个启用地震预警功能的电梯亮相成都》中新网
知乎作者:甜草莓、黑瞳、GC276684
Bilibili作者:思考人生的吃瓜群众
来源:震知卓见
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