春節(jié)檔電影《流浪地球2》為中國(guó)的科幻電影又樹(shù)起了一座里程碑，其中最令人震撼的畫(huà)面之一便是高達(dá)9萬(wàn)千米的太空電梯。實(shí)際上，太空電梯已經(jīng)被人類研究了幾十年，并不是白日做夢(mèng)。國(guó)際太空電梯聯(lián)盟主席斯旺2021年11月就對(duì)外宣稱，未來(lái)太空電梯將作為永久性物流基礎(chǔ)設(shè)施，成為人員和物資進(jìn)入太空的新通道。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，太空電梯就是一條從地球表面延伸至太空的長(zhǎng)電纜，其質(zhì)心位于35786千米高的地球靜止軌道（GEO）。電磁飛行器將沿著電纜行進(jìn)，在地球和太空之間運(yùn)送乘客和有效載荷。一旦夢(mèng)想成真，其運(yùn)輸成本將大大低于火箭，并將滿足人類在潔凈和可再生能源方面的需求。

1895年，俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基首次提出了這一想法。著名科幻大師阿瑟·克拉克則真正從技術(shù)角度描述了這個(gè)問(wèn)題。據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道稱，阿瑟·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》中曾描寫過(guò)太空電梯的構(gòu)想，人們可乘電梯去太空觀光并運(yùn)送貨物。他預(yù)言：“太空電梯將在人們停止對(duì)其嘲笑50年以后被制造出來(lái)?！?

超耐久碳納米管帶來(lái)希望

太空電梯如果能成為未來(lái)到達(dá)外層太空的運(yùn)輸系統(tǒng)，科學(xué)家面臨的首要問(wèn)題就是電纜材質(zhì)的選擇。該電纜必須重量超輕、強(qiáng)度超高，可以承受地球大氣層內(nèi)外所有發(fā)射體的撞擊。1991年碳納米管（簡(jiǎn)稱CNT）的問(wèn)世，使這一幻想變成可能。

2007年，日本率先設(shè)立由專家組成的“太空電梯協(xié)會(huì)”，對(duì)此展開(kāi)研究。2009年，在日本舉辦的升降機(jī)提升設(shè)計(jì)大賽上，大林組株式會(huì)社提出了一個(gè)大膽的設(shè)計(jì)——一個(gè)可乘坐30人的“太空電梯”。太空電梯可在赤道附近以時(shí)速200千米的速度上升，直接到達(dá)3.6萬(wàn)千米高的空間站內(nèi)。這些設(shè)施以太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)獲取能源。

按照設(shè)計(jì)，太空電梯由兩條電纜控制，長(zhǎng)度約9.6萬(wàn)千米，相當(dāng)于地球到月球距離的四分之一。為使電梯能夠擺脫地球引力爬升至3.6萬(wàn)千米處的中轉(zhuǎn)站，必須由兩條行程相反的電纜來(lái)控制，這樣太空電梯才能進(jìn)行人員和物資運(yùn)輸。

大致估算來(lái)看，太空電梯中轉(zhuǎn)站和電纜的造價(jià)約10萬(wàn)億日元，相當(dāng)于建造一條磁懸浮干線的費(fèi)用。不過(guò)，據(jù)估計(jì)電纜從設(shè)計(jì)到施工需要約20年時(shí)間，其中將電纜運(yùn)送到地球同步軌道并安裝兩條行程相反的電纜需要約1年，剩下19年是逐漸將電纜加粗。

制造電纜的材料將使用比鐵輕的強(qiáng)力碳納米管。最初用火箭將長(zhǎng)約9.6萬(wàn)千米、最大橫截面為48毫米、厚度為0.004毫米、重達(dá)20噸的電纜送入地球靜止軌道，之后升降機(jī)在沿電纜爬升的同時(shí)不斷反復(fù)地將成卷成卷的碳納米管纏繞在電纜上，直到將電纜增至1.38毫米厚為止。這樣的電纜可以承受重達(dá)100噸的升降機(jī)升降。

不過(guò)，目前太空電梯的制造技術(shù)尚不成熟，其中最重要的就是電纜。要制造超級(jí)長(zhǎng)度的電纜，需要使用CNT結(jié)晶，但現(xiàn)有的技術(shù)只能將CNT制成最薄的3厘米，還需要掌握防止電纜受到隕石、太空垃圾及射線傷害的技術(shù)。升降機(jī)如果要沿著電纜爬升，就目前技術(shù)看只有采用多個(gè)滑輪自行移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但人類尚未掌握為爬升數(shù)萬(wàn)千米的升降機(jī)提供無(wú)線電力的技術(shù)。

值得一提的是，2008年，據(jù)美國(guó)《大眾科學(xué)》雜志報(bào)道，英國(guó)新漢普郡的Nanocomp技術(shù)公司制造出了世界最大的碳納米管被單。雖然此碳納米管被單面積僅18平方英尺（約1.6平方米），不足以充當(dāng)一床沙灘毯子，但它包含有數(shù)百億個(gè)納米管，使其強(qiáng)度為鋼的200倍，但密度下降到三十分之一。而且，其防火和導(dǎo)電性能很好，還可以用于微型電子裝置中。這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)，讓人類的“天梯夢(mèng)”又近了一步。

此外，俄羅斯科學(xué)院微電子工藝和特別純凈材料研究所還成功地研制出碳納米管生產(chǎn)新設(shè)備。有關(guān)專家指出，使用該設(shè)備生產(chǎn)的碳納米管，可用于連接地球和月球之間的運(yùn)輸線。

本世紀(jì)內(nèi)有望變成現(xiàn)實(shí)

2003年9月15日，在美國(guó)圣達(dá)菲召開(kāi)的國(guó)際太空電梯研討會(huì)上，俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家的70多位科學(xué)家和工程師對(duì)太空電梯進(jìn)行了深入討論，最終與會(huì)專家一致認(rèn)為太空電梯有望在21世紀(jì)內(nèi)變成現(xiàn)實(shí)。

近些年，這個(gè)曾被視為科學(xué)幻想的革命性工程有了較大進(jìn)展，并有了多種方案。其中，美國(guó)電梯港集團(tuán)公司聲稱其正在研制的太空電梯可以一次運(yùn)送30名乘客，在6個(gè)小時(shí)內(nèi)抵達(dá)10萬(wàn)千米外的太空。

2012年，大林組在社內(nèi)刊物“季刊大林”中表示，要在2050年完成長(zhǎng)約3.6萬(wàn)千米的宇宙電梯，耗時(shí)約1周就抵達(dá)宇宙基地。

根據(jù)大林組的資料顯示，這個(gè)宇宙電梯的起點(diǎn)將在海上設(shè)置專用地球港口，總面積約27萬(wàn)平方公尺，總操作人員約有5000人。地面會(huì)以巨大配重建材壓住，再運(yùn)用地球自轉(zhuǎn)的離心力維持穩(wěn)定。

2018年9月25日，日本曾用貨運(yùn)飛船把一對(duì)用于世界首次太空電梯試驗(yàn)的立方體衛(wèi)星送往國(guó)際空間站，接著在國(guó)際空間站上釋放了這對(duì)邊長(zhǎng)為10厘米的立方體衛(wèi)星。它們之間用長(zhǎng)約10米的纜繩連接，最后嘗試把一個(gè)像電梯吊箱的容器通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的纜繩從一端移動(dòng)到另一端。這是人類首次在太空中移動(dòng)纜繩上的容器，為實(shí)現(xiàn)太空電梯邁出了重要一步。

“碳設(shè)計(jì)”公司創(chuàng)始人布拉得雷·愛(ài)德華茲預(yù)測(cè)，太空電梯將于2100年前出現(xiàn)。愛(ài)德華茲已證明利用納米技術(shù)可以做出能夠支撐太空電梯的超強(qiáng)力電纜。他表示：“建造一個(gè)200噸的電梯是個(gè)合理的設(shè)想而且具有商業(yè)價(jià)值。一個(gè)200噸的太空電梯的大小相當(dāng)于一架大型的商務(wù)飛機(jī)。太空電梯的大小完全取決于我們的意愿，不受任何物理層面的限制?！?

美國(guó)麻省理工學(xué)院教授杰夫霍夫曼表示，相信人類在一個(gè)合理的時(shí)間框架內(nèi)能夠做到，但目前沒(méi)有能力用碳納米管制造長(zhǎng)電纜。

不過(guò)可以相信，科技的潛力是無(wú)限的，期待我們有一天沿著超輕超強(qiáng)的碳納米管電纜，搭乘太空電梯在無(wú)垠宇宙中觀光旅行。

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