姜靖

　　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”往返于天地之间。雅各布在梦中沿着登天的梯子取得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子，称为“雅各布天梯”。

　　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，这样太空飞船可以不通过火箭发射就进入轨道。不过这在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”。

　　不过太空电梯的概念自从被提出后，确实也成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他的科幻巨著《天堂之泉》。这部小说描绘了在一座热带岛屿上，人们可以通过搭乘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。

　　“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电视台的新闻采访时说，“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科学家的研究热情，低成本是主要原因。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千克2万美元下降至500美元，可以为人类省下一大笔费用。

　　这主要是因为化学燃料占火箭80%的空间，14%为火箭的主要结构，只有6%的空间可以载人，发射和回收成本高昂。相比之下，太空电梯则拥有体积小、耗能低的優点。

　　而且加拿大托特技术公司也估算过，太空电梯应用后，航天飞机太空飞行的成本能节省大约1/3，会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执行步伐。

　　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太空电梯的最理想材料。

　　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的布拉德利·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。他还指出，太空电梯的成本为70亿至100亿美元，这远远低于其他大型太空项目的投资。

　　找到制造材料是最大挑战之一

　　根据科学家的设想，太空电梯的主体由5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3.6万千米的地球同步卫星上“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10万千米，大致相当于地球到月球距离的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。

　　一根普通的钢丝从9千米的高空中垂下来就会被自重所拉断。好在碳纳米管的发现，让人们重新燃起了希望。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，称他们研发出了超细、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，其中一个最疯狂的想法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。

　　目前，太空电梯不再被当作一个“超前命题”，这个项目逐渐被美国航空航天局、欧洲航天局等研究机构所接受。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。