文/图 张雷
明月几时有，把酒问青天。作为一个看到任何障碍都想着用桥梁跨越的工程师，当我凝视着元宵节前一晚的明月时，陷入了沉思：在地球与月球之间建一座桥，可行吗？我承认这是一个疯狂的念头，但是出于工程师的本能，我还是想对这个冒傻气的想法科学地分析一番。
《连接地球与月球的桥梁》（ 这个题目把几款AI绘画软件都难住了，画了很多次都没感觉，只有这张勉强可用。）
假设我们真的用某种魔法材料搭建了桥梁，首先要面对的是地球和月球这对"异地恋情侣"的相处模式。月球公转轨道是椭圆形而非正圆形，地月平均距离38万公里，最近 35 万公里，最远可达 40 万公里。这意味着我们的桥梁必须具备 5 万公里的弹性伸缩功能——相当于每天要让整座桥完成北京到纽约的往返马拉松。
更糟糕的是，月球正在以每年3.8厘米的速度远离地球。百年后的桥梁维护工人会发现，他们每百年需要给桥梁续接 3.8 米新结构，就像给宇宙织毛衣时永远漏针的毛线团。
目前人类最强的碳纳米管材料，理论抗拉强度约 120GPa。假设我们要建造直径 1 米的实心桥梁，其承受的拉力将超过材料强度极限的 10^6 倍。即使改用更科幻的"宇宙面条"材料，也要面对恐怖的振动问题——当桥梁长度超过某个临界值，其固有频率会低至每小时几次震荡，任何微小扰动都会引发毁灭性的共振效应。
麻省理工学院的模拟显示，这种规模的桥梁会在建成后 3 分钟内发生比吉他弦断裂更壮观的解体表演。
地球自转周期 24 小时，月球公转周期 27 天，这意味着桥梁必须承受每小时 1600 公里的相对速度差。想象用 502 胶水粘合两个反向旋转的砂轮，还要让蚂蚁安全通过——这就是轨道力学给我们的现实命题。
可能的解决方案是让桥梁固定在地月系统的 L1 拉格朗日点，这个宇宙中的"停车位"虽然能减少部分受力，但需要桥梁具备自主轨道修正能力。相当于让埃菲尔铁塔学会跳华尔兹，还是和 38 万公里外的舞伴隔空共舞。
即便上述难关都被攻克，我们还要面对太阳风粒子流、微陨石撞击、极端温度变化（-170℃到120℃）的轮番攻击。更不必说地球大气层的摩擦阻力——当桥梁以 10.9 公里/秒的第二宇宙速度划过大气层时，末端结构将上演持续不断的"流星烟花秀"。
在纯数学领域，这个设想意外地拥有理论支点。根据广义相对论，如果能制造出负能量密度的奇异物质，理论上可以构造出稳定的虫洞结构。加州理工的学者曾计算，维持 1 米直径的虫洞通道需要相当于整个银河系质量的负能量物质——或许这就是宇宙给我们的终极冷笑话：技术上是可能的，如果人类先成为宇宙的主宰者的话。
当 NASA 工程师在草稿纸上画出第一个地月轨道模型时，他们真正收获的是对轨道力学更深的理解；当材料学家幻想宇宙级建筑材料时，意外发明了碳纤维增强聚合物。也许地月桥梁永远只会存在于科幻作品中，但正是这些看似荒诞的构想，推动着人类不断触碰物理规律的边界。
就像 500 年前达芬奇画下直升机草图时，没人相信铁鸟能征服天空。谁知道未来某天，会不会真有工程师拿着这份《宇宙搭桥指南》，在月球基地笑谈前辈们的想象力太过保守呢？
作者简介
张雷，正高级工程师，中国铁设土建院副总工程师，中国铁道学会桥隧委员会委员，茅以升基金会古桥研究与保护委员会副主任，中国铁路文联摄影家，代表著作《桥梁之道——中国哲学思想对桥梁工程的启迪》。
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工业化桥梁智能建造的“三部曲”目前，在国家政策的大力扶持下，机器人产业迎来爆炸式的增长。工业机器人的特点是全天候的自动化作业，可以代替8小时的人工作业。自动化机器人的大量引进对于桥梁智能化以及行业的发展都起到了推动性和示范性的作用。 然而，目前主要聚焦在采用机器简单替代人工，仅控制质量和提高生产效率，还未从产业链上解决智能建造的痛点。 以交通土建行业为例，大量桥梁的下部结构还是采用现场浇筑的施工方法，尤其是在缺少工业化生产基础的地区。另外，全国桥梁建设中小跨径桥梁占比达到90%以上，但相比大跨径桥梁，中小跨径桥梁智能建造的水平更低。在中小跨径桥梁中的混凝土桥梁，占比达到90%以上，但其实，钢桥的可塑性使其本身更加适合智能建造。因此，解决量大面广的中小跨径混凝土桥梁的智能建造问题，是行业智能建造成败的关键。
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