“太空电梯”究竟离我们还有多远?

人类关于“太空升降舱”的宏伟设想已经持续了一个多世纪。正如《圣经》中所描绘的“通天塔”，科学家们希望建造一个形似电梯，可以连接地球与太空的新型运输系统，以打破目前只能依靠火箭来实现“飞天梦”的局限，让太空旅行变得更加便捷与惬意。

据悉，目前全球已有数个“太空升降舱”项目在加快步伐执行，不同的团体正争相建造升降舱和实施该计划所需的其他数百种部件，而美国宇航局(NASA)以及谷 歌神秘的Google X实验室也位列其中。这不禁让人开始畅想：太空电梯是否真的有望成真，它究竟离我们还有多远呢?

“太空电梯”是如何运作的

“太空升降舱”，也被形象地称作“太空电梯”或“太空天梯”，其主体由五部分构成：地面基座、缆绳、电梯舱、太空站和重量平衡器。根据科学家们的设想，“太空电梯”的运作模式大致如下：从距离地面3.6万公里的地球同步卫星上（也就是太空站）“抛”下一根缆绳下垂至地面基站，在引力和向心加速度的相互作用下，缆绳被绷紧;电梯舱则沿着缆绳往来运输人和物;此外，为保持平衡，在太空站远离地球的另一侧也要架设数万公里的缆绳索道，并在缆绳末端连接一个重量平衡器。整条缆绳全长约为10万公里，相当于地球到月球距离的约1/4。

太空电梯示意图

用以固定缆绳的地面基座一般选择在赤道上，因为该位置与地球同步轨道的垂直距离最短。而缆绳则必须十分长且轻便坚固，中间粗两头细，用以连接地面、电梯舱和 重量平衡器。电梯舱则用于装载人或货物，通过借助基座提供的激光能源或其他动力，可以顺着缆绳在太空与地面之间实现上下移动，就像我们日常中乘坐电梯一 样。

“太空电梯”的前世今生

最早提出“太空电梯”设想的是俄罗斯知名的火箭专家齐奥尔科夫斯基。早在1895年，受埃菲尔铁塔构造和外形的启发，这位宇宙先驱便大胆提议在地球静止轨道上建设一座“太空城堡”，通过一条缆绳和一个电梯舱，将“城堡”与地面连接起来，使其成为人类向太空运输人和物的新捷径。不过，在当时的人看来，这简直是异想天开，甚至有人嘲讽齐奥尔科夫斯基不如“改行去写科幻小说”。

地面基座分为“固定式”和“漂浮式”两种。这是建造在海面上的“漂浮式”基座虚拟图，其中红线指代缆绳。

有趣的是，1978年，科幻作家阿瑟·克拉克真的将这一设想写进了他的科幻巨著《天堂之泉》(“Fountains of Paradise”)。小说描 绘了一座热带岛屿上，人们可以通过落在赤道上的一座天梯前往太空观光或运送货物。1999年，NASA马歇尔中心的先进办公室发表了《天梯：太空的先进基 础设施》一文，标志着太空电梯开始从幻想中走向现实。

进入21世纪，日本、美国等国越发重视对太空电梯的研发和建造。2005年3月23日，美国宇航局正式宣布太空电梯已成为世纪挑战的首选项目。据悉，日本已斥资73亿美元发展太空电梯技术，希望能在这个领域取得领先。

“太空电梯”离我们还有多远?

去年2月，日本大林组公司宣布将在2050年前，即40年内设计制造出一台全长9.6万公里的太空电梯。据了解，这台巨型升降机将使用“碳纳米管”(carbon nanotubes)作为材料，每次可搭载30名游客，以200公里每小时的速度直升至距离地球3.6万公里的地方。乘客不需要接受任何特殊训练，花费大于一个星期的时间，即可到登上宇宙进行观光。

作为世界第一高塔“天空树”(634米)的建设方，大林组公司对他们的太空电梯项目同样充满了信心。但不容忽视的是，拉伸强度为钢铁276倍的碳纳米管虽可 算是建造“太空电梯”的最佳选择，但由于纳米材料一到达微米尺度，其强度和韧性就会开始下降，目前其工艺水平仍不足以直接使用在太空电梯上。

近日，有报道称，在北京市科委支持下，清华大学魏飞教授团队成功制备出单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了新世界纪录。对于航空界来说，这无疑是一个振奋人心的好消息。

魏飞亦表示：“我们制备的碳纳米管具有完美的结构、优异的力学性能和宏观的长度，目前我们正在从事1米以上碳纳米管的制备，下一步希望能够制备出公里级以上长度并具有宏观密度的碳纳米管。这些工作将为太空'天梯’的制备开启一线曙光。”

此外，去年8月，在太平洋的另一边，美国电梯港集团则表示可以利用现有技术条件，于8年内在月球上建造一座太空电梯。据悉，由于月球上地心引力较小(约为地球的1/6)并且几乎没有空气，在月球上建设太空电梯，无论是从缆绳的承压还是安全性看，都比在地球上相对容易。该公司希望，如果这项技术成功的话，也可以应用在地球上的其它领域，如充当廉价的通讯塔，用以提供无线网络、监控农作物生长、预防森林火灾等。

“我们很确定这个计划是‘可行的’，但还有许多东西我们尚不知晓。我对太空电梯的研究已超过十年，但对于月球的研究只有十个月。”电梯港集团创始人，NASA前研究员迈克·莱恩在接受外媒采访时说道。

不可否认，作为人类史上最浩大的工程项目，太空电梯虽然听似诱人，但其建造过程中仍存在不少技术难题和安全隐患。除 了缆绳材质的选取外，如何防止空间垃圾碎片(如卫星残骸、火箭碎片)对太空电梯的撞击、雷电天气对太空电梯的影响、保持缆绳的稳固性等等都是科学家们正在 考虑的问题。同时，一些人也开始疑虑，假如某一天太空电梯真的建成，当发生大型自然灾害或者被不法之徒用以进行恐怖袭击时，那么其造成的灾难将是不可预估的。

的确，太空电梯虽然“看上去很美”。然而，无论是在未来8年、40年或者更久的以后，科学家们要想让太空电梯实现“落地”，他们必须先确保处理好上述的一系列难题，同时说服人们从心理上去接受这么一座通往浩淼宇宙的巨大天梯。

文|黄燕仪 傅依冬

本文已刊载于《二十一世纪商业评论》微信（weixin21cbr） & 21商评网