本文基于回答网友类似问题,这只是一个脑洞,在实际操作中不能说完全不可能,但难度是很大的。回答此类问题,只是基于普及一些基本常识,和大家一起学习讨论找点乐趣。
地球上可以拉电线到月球吗?
现在人类开发登陆月球和开发月球的热情越来越高,许多国家,包括中国也有载人登月的计划,而老美重返月球的计划已经推上实施,因此就有许多关于月球的奇葩想法在网上传播,比如拉一根电线到月球直接供电的问题。
地球在自转,月球也在围绕着地球公转,因此要拉一根电线去月球是不太可能的,即便能拉成也很快会变成麻花;况且这根电线要多粗?拉到月球的质量需要多少?
地月平均距离38.4万公里,我们以国际标准来计算,如果采用2.5平方毫米的绞合铜导线,每公里质量约22.25公斤,38.4万公里就重达8554吨,需要855辆载重100吨的重型卡车才能够运完;这还只是裸线,不包外皮,加上外皮重量远比这大。
而且月球轨道是个椭圆形,距离地球最远时可达40.6万公里,电线总质量也将增加。
而2.5平方毫米电线只有不到0.9毫米半径,这样细的线是禁不起多大力度拉扯的,这个我们只能忽略不计了。地月之间空间温差很大,空间温度可低至-200℃,而被太阳照射到时温度可达130℃,这个热胀冷缩怎么处理?
因此要拉电线去月球几乎做不到。
地球通过电线送电到月球多久能点亮灯泡?我们现在假设一下这个问题:真的拉一根电线到月球,地球这边打开开关,电荷要多久才能到月球呢?这个问题貌似太简单了,这里不扯电子漂移速度每秒还不到1毫米这个话题,只说电流(或者说电场)传播就是光速,每秒约30万公里。
地月平均距离约38.4万公里,简单计算,如果是一根38.4万公里的电线连着两头,在地球打开开关,月球的灯泡1.28秒后就点亮了。如果在地球打开开关的人能够观察到这个灯泡的话,一去一回要在2.56秒后才能看到。
这只是平均距离的平均时间,而月球距离地球最近时为35.7万公里,最远时为40.6万公里,因此点亮月球灯泡的时间就看月球转到轨道哪个位置了。总体上说,电流传播时间约在1.19秒~1.35秒之间。这是直线,前提是电线不绕弯,不松垮折叠。
但问题是,这么长距离能将电送到月球吗?从地球到月球用什么电线,需要多粗,电压需要多大才能够输送到月球点亮灯泡呢?
电阻是一个物理量,是表示导体对电流的阻碍作用大小,电阻越大,对电流的阻碍就越大。电阻通常用“R”表示,计算电阻的公式为:R=ρl/s,这里的ρ是导体电阻率,l导体长度,s导体横截面积。
为了解决电阻问题,在长途输电过程中,就要建设大量的输变电工程,提高电压。
根据公式计算,如果用2.5平方毫米的铜线为导线,在20℃常温下,每公里的电阻为6.88Ω(欧姆),这样,到达月球的电阻如果按照40万公里计算,总电阻就达到275.2万Ω,如果让月球上的灯泡得到220v/0.5A(约110瓦)的电流,地球这头就需要将电压升高到137.6万伏。
我国在特高压输电方面走在了世界前列,在准东~皖南的特高压输变电工程,就是世界上电压等级最高、输送容量最大、距离最远、技术水准最先进的特高压输变电工程,电压达到110万伏。这个电压距离地球送电点亮月球上一个灯泡还差27万伏。
不过这个电阻是在常温20℃情况下产生的,电阻是温度越低越小,而地月空间温度有些地方达到零下一两百摄氏度,因此电阻是极小的,我想目前我国这个特高压技术送电到月球已经绰绰有余了。
但人类有必要拉线去月球吗?有一种可能会拉电到月球附近,这就是未来可能采用的太空电梯。
不少国家都有制造一部太空电梯的设想,就在近日有俄罗斯学者在接受采访时就透露了一个惊人消息:中国正在计划打造配套的太空电梯。据悉日本听到这个消息后,很是着急,因为他们早有这个计划,因此急着希望赶在中国之前完成这个计划,准备斥资96亿美元,在250年打造完成,实现坐电梯去太空的梦想。
我们不管它是真是假,假定未来真的有这档子事,这个电梯也是需要用电的,这样电梯上带着一根电线去月球也不是不可能的。当然未来的导线不一定是用铜线,电阻也可以通过新技术降低,比如实现了超导就没有电阻了,这样将地球的电力输送到月球也不是不可能的。
但我想,从地球输电给太空电梯提供动力是有可能的,但给月球送电这种劳民伤财的傻事有必要做吗?我想科学家比我聪明多了,是不会做这种傻事的。即便是太空电梯,也可能不会由地球供电,而是在电梯上装置着发电设施,采用太阳能等方式供电。
而月球,有着比地球更有利的发电条件从地球输电到月球完全是舍近求远劳民伤财的事情,实在没有一丁点必要去做这种傻事,因为月球上至少有两个比地球更有利的发电条件,一是太阳能,二是核聚变。
月球上由于没有空气,太阳能量辐射毫无遮拦地直达月表,只要被太阳照射到的地方,温度可上升到130℃,而且月球自转27.32天(地球日)才一圈,也就是说太阳在月表移动得很慢,一个地方可暴晒近14天才会变成黑夜,这样的太阳能是在比地球强多了,为啥不利用呢?
据测算,即便使用目前最普通的太阳能发电装置,在月球上每平方米的发电量也可达到2.7kw/h(千瓦/小时),如果建造一个1000平方米的太阳能光伏发电厂,这每小时可产生2700kw的电能。
除此之外,富含核聚变优质燃料,也是月球一大优势。
可控核聚变的研究和试验已经进行几十年了,现已取得了突破性进展,预计在几十年后会推上商业运用。核聚变的燃料主要是重氢,也就是氘和氚,但更好的燃料是氦-3。氦-3是特别清洁、安全、高效的核聚变发电燃料,被科学家们称为“完美能源”。
但氦-3在地球上很稀有,整个地球储量只有约500公斤;氦-3在月球储量却很丰富,保守估计有100万吨以上。如果用氦-3作为燃料核聚变发电,只要100吨就能解决全人类1年的能源需求。因此,月球氦-3是将来解决地球燃料问题的一个途径。这样,人类登月用电,又何必舍近求远,不正好利用氦-3发电吗?
所以,不管未来怎么发展,直接从地球通过电线输电去月球都是没有必要的,这不是技术能不能解决的问题,而是舍近求远劳民伤财的问题。你怎么看?欢迎讨论,感谢阅读。
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