2023年，太空电梯“火”了！

　　在中国科幻片《流浪地球2》中，令人震撼的画面之一，便是作家刘慈欣笔下的太空电梯被呈现在观众眼前。与此同时，在另一部科幻大作《三体》中，太空电梯也被多次提及。有网友戏称，今年可能是“太空电梯的一年”。

　　虽说太空电梯爆火始于科幻作品，但实际上它已经被人类研究了几十年，或许未来的某一天，坐着“天梯”去太空，并不是白日做梦。

图源：Bilibili

　　修建太空电梯，人类已探索一百多年

　　太空电梯，顾名思义，即一座巨大的电梯，其底端位于地表，顶端则位于高度约36000Km同步轨道（也被称为地球静止轨道）。

　　太空电梯理论上能革命性地降低入轨成本，推动大规模的太空发展。如此诱人的发展前景，引得一众科学家和科幻作家为其着迷。这个概念的提出，科学界早已走在了科幻界之前。

齐奥尔科夫斯基构想的太空电梯是放大的埃菲尔铁塔

图源：太空与网络

　　1895年，被誉为“航天之父“的俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在参观埃菲尔铁塔的时候，提出了太空电梯的设想。他提议考虑建造一个类似高塔，塔顶到地球静止轨道高度为35786公里，在这里释放的物体可以直接进入静止轨道。然而建造如此高度的高塔，确实远超出人类工程技术水平。

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　　65年后，俄罗斯工程师尤里·阿尔图塔诺夫，将康斯坦丁的设想具象化，提出了一个可能实施的方案：

　　首先，在地球赤道附近的海面上建造一座平台，将一个圆形静止轨道（它与地球旋转速度一致，因此对于地表而言是静止的）发射至离地面36000公里的位置，在这个轨道上运行的所有卫星相对于地球表面都是静止的。

　　然后，发射多枚人造地球同步卫星在圆形轨道上运行，将长达10万千米的缆绳降下，并固定在赤道平台上。由于地球自转，所产生的离心力恰好抵消地球的引力，这些缆绳便得到一个向外的张力并竖立起来。

　　最后，轿厢通过激光或磁场所提供的能量沿着缆绳升降，运送乘客及货物。

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　　1975年，美国空军研究实验室杰罗姆·皮尔逊独立发明了悬挂缆绳的太空电梯概念，其论文发表在《宇航学报》上。至此，航天领域终于广泛关注到了太空电梯。其概念还给亚瑟·克拉克带去灵感，写出名作《天堂喷泉》，让太空电梯的概念引起了全世界的广泛关注，成为科幻作品之中经久不衰的话题。

亚瑟克拉克科幻名作的《天堂喷泉》

图源：澎湃新闻

　　理论可行，但缺合适 “电缆”

　　2000年8月，美国马歇尔航天中心发布《太空电梯：新千年的先进地空基础设施》报告，对太空电梯概念和研究进行了全面总结。

　　报告中提到，太空电梯是连接地球和太空的基础设施；太空电梯将使用电磁推进方式上行和下行轿厢，轿厢升降的能量主要由外部提供；根据速度设计的不同，低速系统以每小时数百公里的速度上行，而高速系统可达到每小时2000公里甚至更高速度，抵达静止轨道时间可压缩到10小时或更短……

美国马歇尔航天中心报告中的太空电梯概念图

图源：网络

　　这个时间，和国际航班的所花费时间差不多。

　　俄罗斯拟在月球表面建立永久性基地，然后用太空电梯将货物运至月球基地或者运回地球。

　　中国也计划打造太空电梯。2017年11月，中国航天科技集团第一研究院就在北京发布了《2017—2045年航天运输系统发展路线图》，系统规划长征系列运载火箭的能力建设前景与发展蓝图。其中明确提到“到2045年，进出空间和空间运输的方式将出现颠覆性变革，天梯、地球车站、空间驿站建设有望实现”。

碳纳米管（CNTs）

图源：中科院物理所

　　这一项目首先要实现的是：建立长达3.6万公里长的碳纳米管（地球同步轨道与地面距离3.6万公里）。目前中国已在制造上实现碳纳米管技术的突破，清华大学魏飞教授团队早已成功制备出世界上最长的、单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了当时的世界纪录。但由于该材料结构特殊性，其生产长度仍停留在1米以内，要制造3.6万公里长，其成本则非常巨大难以估量。

　　也就是说，现实中要实现“太空电梯”，是存在技术可行性的。

太空电梯最主要的拦路虎是超长缆绳对超高强度的要求

　　但主要难点在于要找到合适的材料，一根太空电梯的电缆需要有足够大的强度，还要能承受宇宙中的各种极端条件等。

　　另一方面，电梯动力问题目前也难以解决，如果在太空电梯中使用电作为动力，必然会面临电力不足的问题，即使专门修建一个大型发电站来为太空电梯提供电力，其每次运输的成本也必然会居高不下，这样一来反而违背了让太空运输成本变得更低的初衷。

　　未来，“乘梯”上太空

　　太空电梯有其独特优势，虽与其他航天技术相比，它距离实现还较为遥远，但已可以展望。

　　加拿大凡尼尔学院物理学教授史蒂芬·科恩十几年来一直从事相关研究，他表示：建造太空电梯需要大量技术突破与全球范围的合作，目前还很难预测何时能够建成。

　　根据NASA先进概念研究所（NASA Institute for Advanced Concepts，简称NIAC）的预算，第一座太空电梯的造价可能达到400亿美元。

图源：spaceconnect

　　日本大林建设公司则计划在2050年建成太空电梯，该电梯由6个长18米、直径7.2米的椭圆柱形电梯吊箱组成，时速约200千米，每次可运送30位旅客。此前研究已确认碳纳米管长期置于大气层中会受损，目前研究人员正在测试用金属和硅保护碳纳米管表面的技术。

　　建造太空电梯困难重重，但科学家仍然相信它未来可期。一旦太空电梯取得突破性进展，就意味着太空观光变得触手可及，还能以较低成本在地球和太空间运输物资。

图源：rankred

　　国际太空电梯联盟主席斯旺表示，太空电梯建成后，预计8天可到达地球静止轨道、14天到达月球、61天到达火星，其产生空间碎片的可能性很小，是一条“绿色天路”。

　　或许有一天，语音播报“各位乘客，太空电梯即将到达目的地太空站，请您做好下梯准备”，真的能成为现实。冲破云霄的“天梯”仿若无垠宇宙中的一粒微尘，却是属于人类科技文明的微光，执着闪亮。

　　审核：张宁 策划：李政葳 撰文：雷渺鑫 编辑：李飞、穆子叶

　　参考｜科技日报、参考消息网、北京日报、太空与网络、中科院物理所、长江日报、凤凰网、清华大学、中国知网