《流浪地球2》里的“天梯”真的能建成吗

范岗

电影《流浪地球2》的片长达到了三个小时，其容量之巨不是白给的，光是第一个用来铺垫气氛的灾难，换作别处怕是都能撑起全篇了。在这个打头的灾难里，倒霉的是在各种科幻作品里都很容易倒霉的“太空天梯”。

所谓太空天梯，有时也朴实地称为太空电梯，是一种假想的进入太空的方式。普通的楼和梯子抗压强度不够，堆不了几千米高就会塌，无法像童话里的豌豆藤那样直接升上太空。但是，很多材料的抗拉能力远胜抗压。假如人类在同步轨道上用非常抗拉的材料修一架梯子，悬垂到地面上，让这梯子与地面相对静止，就可以沿着这梯子爬上太空。

在《流浪地球2》里，人类在加蓬首都利伯维尔附近修建了一架天梯——这很符合物理规则。利伯维尔几乎在赤道上，而标准天梯需要修在赤道上。这是因为空间站处于赤道上方，在赤道上建造天梯，可以保证上下位置同步，并且可依靠地球赤道的离心运动产生的加速度，与地球重力保持天梯的受力平衡。片中一群候补航天员乘坐太空天梯前往空间站接受训练，被高达9g（g为重力加速度，9g可以简单地理解为有8个和你一样重的人压在你身上）的加速度折磨。其实，太空天梯根本就不需要这样的高g条件。

想象一下如果你要上五层楼。假如有楼梯，那很简单：一步迈一个台阶，下一步迈另一个。每一步都只需要很少的能量，短暂地用支持力克服重力，把人体推上几十厘米。就算身体非常虚弱的人也没关系，只要力气足够迈上一个台阶，最终就能爬上五楼——大不了多花点时间嘛。

但是如果没有楼梯，那可就难了。人的脚一旦离地，就无法继续提供向上的力，所以必须在蹬地的零点几秒里，一口气把足以登顶的能量全部释放出来，考虑到上升的过程中还需要克服空气阻力，所以，所需能量还要更多。

天梯的原理和楼梯当然不太一样，但实际效果是几乎相同的。如果真的有一架连通太空的楼梯，你一个台阶一个台阶走上去，也是可以的。人类长程爬楼梯的世界纪录是12小时爬13145.65米高的楼梯。如果一个人能每天这么爬12小时休息12小时，进入太空（海拔100千米处是大气层与太空的交界处）也只需要一星期多一点。当然这要求楼梯间里有空气，每隔一段还得有食物和水的储备，以及在地上造发电机然后全程给轿厢的电机通电。

假如这空间站的高度和现实中国际空间站差不多，即在400千米左右的高度，那么沿用高铁的速度，只需一小时出头就可抵达，完全可以接受。用9g那么大的加速度，纯属折腾人了——实际上，现实中的载人火箭发射时的加速度也不过3g～4g而已。

更何况，哪怕目的就是要折腾这帮没有医保的候补宇航员，那好歹也该用个高g设计的轿厢啊——电影里的轿厢，似乎也有点问题。

第一个问题就是外形。作为一个需要承受9g加速的物体，轿厢的上下面居然是平的。这里就有问题了。

火箭要设计成火箭的样子，很大程度上就是为了减小空气阻力，提高能量效率。空气阻力和速度的平方成正比，所以只需要在高速的时候考虑。正常火箭必须抵达每秒几千米到每秒十几千米的超高速，需要承受巨大的空气阻力，做一个扁盒子火箭肯定是划不来的。

第二个问题更加严重，值得展开阐述：那就是宇航员的座椅朝向不对。

现在，大家都知道宇航员上天要经历加速度训练了，训练可以让人不那么容易晕眩、呕吐或昏迷，但再怎么练也还有物理和生理极限拦在前面。人的身体是在1g的环境中演化出来的，人体所有零部件的机械强度都只适应这个环境，而其中最脆弱的环节恐怕莫过于血液。哪怕在1g的环境下血压控制的失败每年都夺走很多人的生命，高g环境下就更难了。

当面临向上的加速度时，血会变得非常“重”，往站姿和坐姿的人脚底方向流动，这就会导致脑缺血。一般来说普通人承受向上的5g不能超过两分钟，否则就会昏迷。当代战斗机飞行员可以在短时间内最大承受9g，但那除了长期训练还需要特殊的增压服的帮助，在腿部和腹部用许多气囊加压把血液顶回去，有时还需要胸部调压来辅助呼吸。以片中人打斗时的流畅姿势来看，不像是有增压服的样子（当然也可能是20年后的增压服变得超高级了）。

这还不是最糟的，更加可怕的是天梯下降时，即将接触地面做减速运动产生的负加速度，这会让血液反过来涌向大脑。这样倒不至于脑血管当场爆裂而亡——人体对脑血压的增加极为警惕，颈动脉窦一察觉血压异常就会赶紧叫停，可是加速度不听它指挥，它能做的只有不断降低心跳速度和动脉压。结果异常的血液无法维持动静脉之间的含氧量差异，会先因为缺氧而昏迷。总之，人对天梯下降时的负加速度忍耐力还要更低。

飞行员需要空中机动那是没办法，但宇航员上天的旅程非常单纯，硬要他们死扛9g加速不但毫无必要，而且万一出了什么故障连安全余量都没有，绝对不会得到工程师的同意。再说，要解决这个问题，办法简单到离谱：只要让人躺着上天就行了。

躺姿/趴姿下，人的大脑和心脏基本处于同一高度，血液变重带来的影响就大幅减小。这不是说没有问题，人的呼吸系统还是会遭受不小的压力，血氧浓度降低，视力也会明显下降，四肢也无法自由活动，但熬过一两分钟的十几g还是没啥问题的。如果有条件二选一的话，那“躺着加速、趴着减速”更好，这种姿态下对视网膜血管的壓力最小。

当然，一群人在轿厢里躺着，不但显得很傻，也非常占地方，普通的低g天梯轿厢选择过山车一样的座位设计是可以理解的。不过，普通轿厢就别硬逼着人上9g了吧。这么违规超负荷运行就算没有人蓄意破坏，自己也会解体的。