出品：科普中國

　　作者：蘭順正

　　策劃：宋雅娟

　　監(jiān)制：光明網(wǎng)科普事業(yè)部

　　近一段時間以來，有關(guān)中國建設(shè)“地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)”的內(nèi)容被媒體廣泛報道，而與之相應(yīng)，“太空電梯”概念也隨之受到關(guān)注。近日，俄羅斯托木斯克理工大學(xué)新技術(shù)工程學(xué)院院長阿列克謝·雅科夫列夫在接受俄羅斯衛(wèi)星通訊社記者采訪時表示，中國關(guān)于建設(shè)地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)的計劃完全可行，或于未來10-15年出現(xiàn)的太空電梯技術(shù)將助力實現(xiàn)該計劃。明顯的是，該則消息將使太空電梯技術(shù)成為關(guān)注焦點。

　　簡單的原理，巨大的作用

　　太空電梯的原理并不復(fù)雜，與生活的中的普通電梯十分相似。只需在地球同步軌道上建造一個空間站，并用某種足夠長也足夠結(jié)實的“繩索”將其與地面相連，在引力和向心加速度的相互作用下，繩索會繃緊，宇航員、乘客以及貨物可以通過電梯轎廂一樣的升降艙沿繩索直入太空，這樣不需要依靠火箭、飛船這類復(fù)雜航天工具，可謂是名副其實的“通天塔”。

　　太空電梯在科幻小說中已多次出現(xiàn)

　　太空電梯的想法最早由俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基于1895年提出，他提議在地球靜止軌道上建設(shè)一個太空城堡，用一根纜繩將地面與城堡相連，以此實現(xiàn)太空運(yùn)輸。1979年英國作家阿瑟·克拉克將這個概念寫入了科幻小說《天堂的噴泉》，引起了公眾的廣泛關(guān)注。在科幻作家劉慈欣的作品《三體》中，也有關(guān)于太空電梯的描述。

　　本來太空電梯只是科幻概念，但是科技發(fā)展讓這個構(gòu)想不再遙不可及。這其中的一個重要突破就碳納米管技術(shù)。碳納米管是由碳原子組成的圓柱形分子，這些碳原子連接成六邊形，直徑僅為1 納米，其抗拉強(qiáng)度是已知任何材料中最高的，理論上高達(dá) 300千兆帕斯卡。2018年底有報道稱，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊研發(fā)了一種高強(qiáng)度的纖維，僅 1 立方厘米的用碳納米管制成的纖維就能承受 160 頭大象（超過 800 噸）的重量且不會斷裂，而這根纜繩僅重 1.6 克。

　　不難看出，如果太空電梯建造成功，其意義非同凡響。相比火箭，太空電梯的最大特點就是能大大降低人和貨物進(jìn)入太空的成本。目前的國際商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射中，每千克荷載的運(yùn)輸成本約2.5萬－4萬美元之間。據(jù)估計太空電梯建成后，每千克荷載的運(yùn)輸成本約為200美元。而且太空電梯更加安全，乘客不需要像宇航員那樣經(jīng)過長期復(fù)雜的訓(xùn)練就能進(jìn)入太空。這首先得利的就是太空觀光旅游業(yè)，今后普通人也能輕易實現(xiàn)飛天的夢想。同時太空電梯能夠?qū)w船、衛(wèi)星及相應(yīng)的零件直接“提升”入軌或在太空組裝，這樣就無需大運(yùn)力的運(yùn)載工具和消耗大量燃料，太空電梯巨大的運(yùn)力將來甚至于可以幫助在軌道上建造各種巨型太空設(shè)施，如太空電站、太空工廠、太空城市等。

　　凡人的“天路 ”，大國的“快車”

　　鑒于太空電梯所帶來的巨大收益，目前各國科學(xué)家早已開始了探索。而日本是最積極的國家之一，10年前就組織了“日本太空電梯協(xié)會”。2018年9月有消息稱，日本靜岡大學(xué)工學(xué)部的科研團(tuán)隊與日本建設(shè)公司大林組合作開發(fā)了迷你版太空電梯，并將其送往國際空間站進(jìn)行測試。該實驗用一段10米長的鋼制纜繩，連接2顆邊長為10厘米的小型立方體衛(wèi)星。在纜繩上，研究人員利用電機(jī)驅(qū)動一個模擬電梯升降艙的盒子，使其在纜繩上來回移動，以此測試太空電梯模型的可行性。當(dāng)時有消息指出，參與太空電梯實驗的大林組還在單獨推進(jìn)研發(fā)工作。據(jù)大林組公司網(wǎng)站介紹，他們構(gòu)想用碳納米管制作纜繩，6組升降電梯依靠電動機(jī)在其上運(yùn)行，升降艙將建成直徑為7.2米的雞蛋狀，可承載30人。電梯從地面出發(fā)，預(yù)計8天到達(dá)空間站。該公司評估這一套太空電梯系統(tǒng)大約需要20年的建造時間，耗價約10萬億日元。2019年9月在日本福島縣南相馬市，來自日本國內(nèi)外的大學(xué)和企業(yè)等12個團(tuán)體再次開展了太空電梯的大規(guī)模實證試驗。

　　日本太空電梯概念圖

　　此次雅科夫列夫稱：“現(xiàn)在正在討論太空電梯的理念，這一理念早就已經(jīng)出現(xiàn)。據(jù)我掌握的信息，中國正計劃實施該項目。目前正在研發(fā)材料，這種材料將成為運(yùn)送技術(shù)的基礎(chǔ)，通過這種技術(shù)可先將物資和人員送往地球靜止軌道，然后再發(fā)往月球。這或?qū)⒃谖磥?0-15年內(nèi)實現(xiàn)。”不難想象，在今后中國的“地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)”建設(shè)將會搭上太空電梯的“快車”。

凡人的“通天塔”——太空電梯技術(shù)

圖文簡介

太空電梯能夠讓宇航員、乘客以及貨物通過電梯轎廂一樣的升降艙沿繩索直入太空，既經(jīng)濟(jì)又安全，隨著相關(guān)材料技術(shù)的進(jìn)步，未來普通人“登天”將不再只是夢想。