幻想走进现实 搭乘电梯去太空或许不再遥不可及

“女士们，先生们，欢迎大家搭乘太空电梯。我们第一站将抵达月球平台，整个行程需要5小时，请大家在享受整个旅程之前系好安全带并坐好。太空电梯上升的过程中，大家可以欣赏玻璃窗外的景色，比如地球的球面变化以及天空将从深蓝色变成黑色，这应该是你看到的最为激动人心的景观之一……”

这听起来像科幻小说里的一个章节，但它或许某天将成为现实，因为现在科学家们正在考虑下一个遥远的太空运输系统——太空电梯。

太空电梯，100多年前就被提出

在《圣经·创世纪》中有这样一则故事——地面与天空用“天梯”连接，人可以通过“天梯”往返天地之间。雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子，称之为雅各布天梯。

而太空电梯的概念最早在1895年提出。当时，俄罗斯火箭专家齐奥尔科夫斯基从巴黎的埃菲尔铁塔得到灵感，大胆提议从地球的表面到其静止的轨道高度建一个“独立的塔楼”，并通过一条缆绳和一个电梯舱，将“塔楼”与地面连接起来，这样太空飞船就可以不通过火箭发射进入轨道。不过，当时看起来简直是天方夜谭，甚至有人嘲讽他不如“改行去写科幻小说”。

不过自从太空电梯的概念被提出后，确实也成为了科幻小说中常见的创作元素。1978年，被誉为现代科幻三巨头之一的阿瑟·克拉克，就曾将这一设想写进了他的科幻巨著《天堂之泉》（Fountains of Paradise）。这部小说描绘了在一座热带岛屿上，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。

2015年世界科幻小说最高奖“雨果奖”的获得者刘慈欣，在其科幻著作《三体》中，也多次提及太空电梯。其中有这样一段描述：

“所有的太空电梯都只铺设了一条初级导轨，与设计中的四条导轨相比，运载能力小许多，但与化学火箭时代已不可同日而语，如果不考虑天梯的建造费用，现在进入太空的成本已经大大低于民航飞机了。”

不光在文学界，在现实社会中太空电梯也激发了科研人员的兴趣。特别是随着人类探索太空步伐的加快，科学家逐渐沉下心来思索，能否将太空电梯变为现实？

“我喜欢这个异想天开的创意，”伦敦大学学院高度、空间和极端环境医学中心创始人凯文·方在接受BBC新闻的采访时说：“我能理解人们为什么被太空电梯的概念吸引，如果我们能以廉价和安全的方式进入太空，整个太阳系就会成为我们的囊中之物。”

预计耗资近百亿美元，值得吗？

太空电梯之所以能点燃各国的研究热情，成本方面是主因。据国际宇航科学院（IAA）报告统计：一旦太空电梯建立，携带负载进入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元，足以为人类省下一大笔天文数字。

这主要是因为化学火箭的燃料占80%的空间，14%为主要结构，只有6%可以载人，发射以及回收成本高昂。相比之下，太空电梯则拥有小体积、低耗能的优点。

而且加拿大托特技术公司也估算过，太空电梯应用后，航天飞机的太空飞行成本能节省大约三分之一，大大提高人类造访太空的频率，此举将开创人类探索太空的新纪元。为此，目前全球已有数个太空电梯项目在加快步伐执行。

1991年，碳纳米管被日本研究员饭岛意外发现，这种新型材料具有拉伸强度高、抗形变力强等极佳的力学性能，被科学家认为是制作电梯的最理想材料。

8年后，受美国国家航空航天局（NASA）资助，洛斯阿拉莫斯国家实验所布拉德利·爱德华兹博士制订出使用新型碳材料制造太空电梯的方案，并发布了用碳纳米管材料制作太空电梯的可行性报告。而且他指出，太空电梯的成本为70—100亿美元，这远远低于大型的太空项目。

时光转到21世纪，美国、日本等国越发重视对太空电梯的研发和建造。2005年3月23日，NASA正式宣布太空电梯已成为世纪挑战的首选项目。

2012年《联合早报》曾报道：日本大林建设公司首次完整提出太空电梯计划，并声称能在2025年开始建造太空电梯，预计在2050年完成一个太空电梯建造项目，其所设计的太空电梯缆线全长为地球到月球距离的1/4，约有9.6万公里。

2015年8月，英国《每日邮报》报道称：加拿大的托特公司计划建造一个高度约两万米的太空电梯。该公司已获得一项美国专利权用于建造独立塔状结构，可从地球表面向空中延伸至万米，这个太空塔的高度是世界上最高建筑物（迪拜的哈利法塔）的20倍。

找到制造材料是最大挑战之一

根据科学家们的设想，太空电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。

其运作模式大致如下：从距离地面3.6万公里的地球同步卫星上“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。

那么在现实中要建造太空电梯，挑战在哪里呢？

从哥特式大教堂到摩天楼再到太空电梯，在建造任何高层建筑时，坚固度和平衡重心都是两大关键。不过直到现在，可用于制造太空电梯所需绳索的材料仍屈指可数。

2014年，Google X的快速评估研发团队也开始太空电梯的设计，但最终发现没有人制造出超过一米的完美的碳纳米管链。因此他们决定把这个项目“深度冻结”。

由此来看，建造太空电梯最大的挑战之一，在于找到制造电梯缆绳的材料。一根普通的钢丝从9公里的高空中垂下来会被自重所拉断。好在碳纳米管的发现，让人们又重新燃起了希望。细小且强度可与金刚石媲美的碳纳米管，居然柔韧性极佳，并且可制成纤维。据测算，一根宽1米、薄如纸的纳米管缆带，就能支撑13吨的重量。

2014年9月，美国科学家宾夕法尼亚州立大学的化学教授约翰·巴丁在《自然材料》上发表文章称：他们研发出超细、超坚固的纳米线，比之前发现的碳纳米管更坚固和牢靠。“我们的纳米线就像是一个由尺寸最小的钻石串成的微型项链，其中一个最疯狂的梦想就是用于制造超级坚固的轻型绳索，让打造太空电梯的梦想成为现实。”巴丁说。

当前，太空电梯不再被认为是一个“超前命题”，这个项目逐渐被美国NASA，欧洲航天局（ESAESA）等研究机构所接受。而且随着新材料科学的发展，太空电梯开始从幻想走进现实，不再是那么遥不可及。

也许一旦太空电梯运用后，太空旅行将成为我们日常生活的一部分，就像石器的发展打开了人类祖先广阔的新栖息地，并改变他们的生活方式，未来的太空电梯或许也将改写人类的命运。（记者 姜靖）