上萬公里的太空電梯，能不能圓了普通人的“上天夢”？

原標題：上萬公里的太空電梯，能不能圓了普通人的“上天夢”？

上天入地一直是人類的兩大夢想?，F(xiàn)在入地可能還得晚點（當然挖煤什么就算了），但上天早已不是什么難事，畢竟我們連月球都已經(jīng)拜訪過好幾回了。

但實際上，雖然航空技術(shù)已經(jīng)非常成熟，上天也不是一件隨隨便便的事情。每執(zhí)行一次太空飛行任務，都要花費巨大的成本、冒著未知的風險，還要考驗人的身體素質(zhì)等。所以，雖然太空旅游這事兒已經(jīng)被念叨了幾十年，但太空飛行仍然還是航天員的事兒。

而且，自從美國最后一架航天飛機退役之后，世界上已經(jīng)沒有真正意義上可以循環(huán)使用的航天飛行器了。宇宙飛船也基本上都是一次性的。不能重復利用，讓每一次太空發(fā)射任務都顯得特別昂貴。

那么，很多人就在想：能不能建造一種一勞永逸的基礎(chǔ)設(shè)施，可以無限次循環(huán)使用，既降低太空發(fā)射任務的成本，又讓上天成為一件尋常之事呢？

于是，太空電梯的構(gòu)想應運而生。

插入太空的繩索：太空電梯是什么操作？

最早提出太空電梯構(gòu)想的是俄羅斯科學家齊奧爾科夫斯基。據(jù)說他在一次觀賞埃菲爾鐵塔的時候，受到其高聳姿態(tài)的啟發(fā)：如果把鐵塔蓋到35800公里的高度，那我們上天直接用爬的不就可以了？

于是，他提出可以在太空中建設(shè)一個城堡，然后利用纜繩和地面連接起來，從而可以從地球上運送人員、物資什么的。此后的一百多年里，科幻小說中屢次出現(xiàn)關(guān)于太空電梯的構(gòu)想，比如阿瑟·克拉克的《天堂之泉》，而《三體》則對太空電梯的構(gòu)想做出了更為細致的描述。

在實際操作上，太空電梯在1999年美國宇航局馬歇爾中心發(fā)表《天體：太空的先進基礎(chǔ)設(shè)施》之后成為了真正的科研對象。自此之后，關(guān)于太空電梯的建設(shè)方案層出不窮。但無論哪種方案，都離不開NASA提出的太空電梯的四大部分：地球基站、纜繩、升降機和平衡錘。

也就是說，在地面有一個可以保證電梯相對穩(wěn)固的“錨”，使其不能隨便移動；然后要有一根足夠長、足夠結(jié)實的纜繩運送升降機到平衡錘。這個平衡錘可以由空間站來充當。

有人說，地球不是有自轉(zhuǎn)嗎？就不怕幾萬公里長的電梯被甩出去？

這個原理很好解釋。就像一個小孩兒一圈兒一圈兒地甩繩子，繩子的一頭綁個磚塊兒。在旋轉(zhuǎn)的過程中，繩子會被拉緊，而磚塊兒相當于是圍繞著小孩兒的手做一個相對靜止的運動。所以，被甩出去是不可能的。而且在這個過程中，升降機的爬升也不受影響。

從這個角度上來說，火箭、航天器什么的基本就可以被取代了。畢竟火箭的作用之一是幫助航天器達到一定的速度可以圍繞地球轉(zhuǎn)，而順著電梯爬到頂端的時候自然而然就擁有了公轉(zhuǎn)速度。

聽起來是不是特別簡單？可這也僅僅就是聽起來。

基站、材料和動力：太空電梯的三大難題

太空電梯建造的第一個問題是選址。

赤道是被公認的太空電梯最佳位置，因為這樣電梯到達地球同步軌道的距離是最短的。但是提出的一個要求就是：這個位置的地質(zhì)構(gòu)造一定要特別穩(wěn)定，不然三天兩頭地震一次，再把地基給震塌陷了，那就太不靠譜了。

因此，在很多構(gòu)想中，把基站建在大洋中成為了首選方案。而如何在上千米的深水之中建筑一個巨大而穩(wěn)固的電梯基站，自然也需要科學家們費一番心思了。

但相比基站建設(shè)，電梯的纜繩則困難得多。

要制造一條長達數(shù)萬公里的纜繩，必須要有兩個特點：第一足夠結(jié)實，第二足夠輕。

即便是最結(jié)實的鋼材，在達到一定高度的時候，位于底部的材料也會禁受不住巨大的壓力，折斷是必然會發(fā)生的事情。因此，必須要找到一種材料，既堅硬，又輕便，這樣底部承受的壓力就沒那么大。按照目前的研究，最有希望的是碳納米管。但如果被拉成纜繩的話，目前碳納米管材料的技術(shù)程度仍然還是無法承受這樣的壓力的。因為如果按照現(xiàn)在的技術(shù)，整個一條纜繩下來，重量也將達到7000噸。

并且，纜繩材料還需要面對來自宇宙輻射、大氣腐蝕、太空垃圾等方面的威脅。如何保證其能夠安然挺過這些威脅，將會是開發(fā)的重點之一。

未來解決了纜繩的材質(zhì)問題之后，還需要面對動力的問題。根據(jù)構(gòu)想，太空電梯就是節(jié)省了火箭發(fā)射的環(huán)節(jié)，使得運送成本進一步下降。但是電梯的升降也是需要動力的。畢竟離地面越高，所需要的上升動力越大。對此，有人提出了用激光發(fā)射助推的方法。

2009年美國的“波束能量挑戰(zhàn)賽”中，一款名為“激光動力自動攀登者”的太空升降機出爐，并且抱走了90萬美金。其利用地面的強激光作為推動力，而升降機則設(shè)計了一個太陽能電池來吸收地面發(fā)射的紅外激光。通過這種激光助推，其成功使升降車上升到了900米的高空，速度則達到了3.9米每秒。雖然離太空電梯的真實需求還有很遠，但試想一下：如果激光能量足夠強，其能夠達到太空電梯的需求也并非不可期。

如果基站、纜繩材質(zhì)、動力這“三大件”能夠得到解決，關(guān)于太空天梯的制造也就基本上掃清了大部分的障礙。

既能觀光又能送貨，可太空電梯真的那么重要？

花大力氣建電梯，肯定是有用的。那么，這些用處到底體現(xiàn)在何處呢？

1. 觀光。對普通人而言，太空電梯的最大意義就是讓自己也有了上天觀景的機會。不要幾十萬，也不要幾萬，更不要幾千，花個幾百美元你就可以穿過云層、翱翔天際，一天欣賞15次日出日落，感受整個宇宙的遼闊……萬戶如果還在，一定激動到落淚。

2. 運送貨物。現(xiàn)在要往空間站送個貨還要搭火箭，而且每次的量還不多。如果能有太空天梯的話，空間站所需要的物資幾乎可以實現(xiàn)隨需隨送，成本又很低。并且，還有人設(shè)想在月球上建一個電梯，然后把上面的礦物質(zhì)運送到地球上……當然，把月球和地球直接連起來肯定是不行的，不然由于地球的自轉(zhuǎn)電梯咔嚓就被扭斷了。但是如果在連接月球的電梯和連接地球的電梯給做一個中轉(zhuǎn)，還是很有可能實現(xiàn)的。這樣我們長期覬覦的月球礦產(chǎn)就可以得到真正的有效利用了。

也就是說，從太空旅游和運送物資進行科學研究這兩個方面來說，太空電梯還是能起到相當重要的作用的。

但在這里，我們需要正視一個問題：太空電梯運輸成本真的很便宜？

科學家們談到太空電梯的時候，能大幅度降低太空運送成本是其常常掛在嘴邊的一句話。但從20世紀末進入真正的科研到如今20年過去了，太空電梯可以說基本上沒啥進展，難道僅僅是技術(shù)不過關(guān)嗎？

或許夢幻般的太空電梯要想有真正有實際的應用價值，還必須要面對以下兩個問題。

第一，贏得與傳統(tǒng)運火箭運輸方式的成本賽跑。按照日本最新的太空電梯打造計劃的預期，其將在2050年完成建設(shè)任務并實現(xiàn)載人送貨。而屆時，每千克的貨物運輸成本為500美元左右。

但必須面對的一個現(xiàn)實情況是：按照目前space X火箭每次發(fā)射2億美元，可搭載22噸貨物計算，其每千克差不多是1萬美元。但不要忘了，space X已經(jīng)掌握了火箭的回收技術(shù)，在重復利用下，每千克發(fā)射成本降會低至以千美元計。給太空電梯30年的時間建造，運輸成本為每千克500美元；但給space X 30年，誰敢確定其運輸成本不會下降得更多？

因此，在傳統(tǒng)火箭運輸成本也在下降的情況下，如何贏得這場賽跑，將成為太空電梯建設(shè)的一個硬性要求。不然建了還不如火箭，那意義又何在？

第二，成本不能只計算運輸，還有考慮到建造。僅僅著眼于運輸是如何便宜是沒有意義的，還要考慮到太空電梯的建造成本。必須要清楚的是，太空電梯絕對是地球最高科技的代表之一，其材料技術(shù)、動力技術(shù)、基站打造、空間站建造、日常維護等都是一筆不菲的支出，據(jù)測算，僅僅是建造的成本就達300億美元，而實際投入使用則遠遠不止這個數(shù)。太空電梯本身的空間限制使得其單次載貨量與重型火箭運送有巨大的差距。按照一千克500美元，大約要運送6萬噸的貨物才能收回建造成本，而在這個過程中單次運輸?shù)某杀具€沒有計算在內(nèi)。這樣的話，巨額投入的成本回收問題，將是不可回避的。

也就是說，不談建設(shè)成本只談運輸?shù)?，都是耍流氓?/p>

當然，我們必須承認太空電梯是一個偉大的構(gòu)想，我們也期待其能夠克服各種困難、考慮各種問題，將其變?yōu)楝F(xiàn)實。也許在一切條件都成熟的情況下，《三體》中所描繪的圍繞地球的網(wǎng)狀般的壯麗景象，將會成為宇宙當中又一人造的美麗場景。

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