14天可到月球，61天可到火星！“太空電梯”夢想還有多遙遠？

小說《三體》中的“太空電梯”令人神往，只要進入電梯，按下按鈕，嗖地一下就到了太空。這種太空電梯的夢想由來已久。1895年，俄羅斯科學家齊奧爾科夫斯基見到埃菲爾鐵塔后提出了太空電梯的設想。1979年科幻大師克拉克在小說《天堂的噴泉》中也描繪了太空電梯。

國際太空電梯聯(lián)盟主席彼得·斯旺也曾說，未來太空電梯作為永久性物流基礎設施，可將物資和人員運到太空，成為進入太空的新通道。他還進一步研究指出，月球和火星由于重力水平比地球小，空氣更加稀薄或者真空，建造難度比地球上更小，未來14天可到月球，61天可到火星。

接下來我們就要問，太空電梯技術進展到什么階段，什么時候可以實現(xiàn)了呢？如果說一個想法，其技術成熟度由科幻到現(xiàn)實分為從0到9共10個階段，我們現(xiàn)在處于第二階段。超越了科幻階段（第0階段），提出了科學上可行的原理，計算了可行的主要技術指標。后面還需要開展關鍵技術和系統(tǒng)的實驗驗證，最后是實際建造。由此可見，還有很長的路要走。

配圖來自圖蟲網(wǎng)

那么，關于這個太空電梯可行的科學原理，具體是什么樣的呢，又包括哪些結構組成？

太空電梯的本質是建設一個永久性的“纜繩”式建筑，將地面與太空上的某一點連接起來。如果這個纜繩建筑低于36000公里，那么它內(nèi)部將受到壓力作用。假設用鋼材來建造，只能建造大約9公里高，也就是大約飛機飛行的高度，更高的話，在巨大的壓力下，底部的鋼材就會被壓垮了。但是各種材料賴拉伸的能力，遠遠超過賴壓的能力。所以就提出約5萬公里長的太空電梯方案，該方案類似于運動員拋鏈球，地球就相當于鏈球運動員，在地球赤道位置固定一根5萬公里的纜繩，末端是個鏈球，由于地球的自轉運動，鏈球和纜繩的旋轉離心力，與它們受到的地球引力相平衡。

所以整個太空電梯系統(tǒng)由四大部分組成，一是錨定赤道表面的基站，二是長度約5萬公里的纜繩，三是位于5萬公里高處的平衡配重，這個配重可以是個空間站，第四個就是沿著纜繩上下、快速運行的電梯梯箱。

有人估計，建造太空電梯的成本約100億美元，但是建成以后，運送1公斤物體進入太空的成本只需要100美元，運送成本比運載火箭低100倍，只要運送1000噸物體進入軌道，太空電梯的建造成本就賺回來了。應用前景這么美好，為什么不趕快建設呢？

這是因為還存在很多技術難點。最大的難點是，需要足夠強度的材料，碳納米管和超強石墨烯被認為是建造太空電梯纜繩的理想材料，它們的強度已經(jīng)足夠，但是只能在實驗室生產(chǎn)出不到1米長的碳納米管，離5萬公里長還有太大的距離，真的是萬里長征走了還不到一步。此外，還有很多細節(jié)問題有待解答：太空電梯車廂選擇何種驅動模式？5萬公里長的纜繩如何有效抗擺動？太空電梯遇到空間碎片和流星體撞擊怎么辦？

總之，要坐太空電梯進入太空，目前還在理論原理階段，離真正的工程實施，還有很多技術難題需要攻克！

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

作者：周炳紅

審核：劉勇

出品：中國科協(xié)科普部

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