隨著《流浪地球2》的震撼登場(chǎng)，給無數(shù)科幻迷帶來了一場(chǎng)視覺盛宴。在《流浪地球2》中，最為搶眼的是行星發(fā)動(dòng)機(jī)、智能量子計(jì)算機(jī)、太空電梯等“硬核科技”元素讓觀眾拍案叫絕，直呼過癮。很多朋友在觀看《流浪地球2》時(shí)，都被太空電梯的場(chǎng)景給震撼住了。太空電梯的設(shè)定可以說非常具有想象力，這不禁讓我們提出一個(gè)設(shè)想，太空電梯在未來是否會(huì)成為現(xiàn)實(shí)呢？但有朋友卻說，太空電梯是電影的一個(gè)巨大“硬傷”，因?yàn)樗谖锢砩喜豢赡軐?shí)現(xiàn)。果真如此嗎？我們就來聊一聊太空電梯。

1 .太空電梯從何而來

太空電梯的概念最早由俄國科學(xué)家、康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基在20世紀(jì)初提出，這個(gè)設(shè)想，其實(shí)很樸素：他提議在地面上建設(shè)一座超高的鐵塔，一直建到地球同步軌道為止，在鐵塔內(nèi)架設(shè)電梯，于是我們便可以搭著電梯進(jìn)入外太空。1965年，蘇聯(lián)航天技術(shù)總負(fù)責(zé)人“科羅廖夫“組織制造設(shè)計(jì)局開始為第一個(gè)太空繩索設(shè)備做準(zhǔn)備，打算用一條鋼纜將聯(lián)盟號(hào)宇宙飛船與運(yùn)載火箭的末級(jí)進(jìn)行連接。不幸的是，這一工程在科羅廖夫去世后就被中止。1979年，著名科幻大師克拉克在其小說《天堂噴泉》再次提出太空電梯的概念，并引起了廣泛注意，因?yàn)樗哂欣碚摶A(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，但存在一系列非常復(fù)雜的工程學(xué)問題，最大的挑戰(zhàn)在于沒有人能造出數(shù)萬千米長(zhǎng)的超強(qiáng)纜繩。地球同步軌道距離我們有35786千米，目前世界上最高的建筑，僅為828米。這樣一看，似乎太空電梯是沒戲了？然而這樣的困難沒有難倒我們的科學(xué)家。建造一座直達(dá)外太空的電梯，最重要的就是需要提供繩索軌道，既然從地面向上建造不現(xiàn)實(shí)，那我們能不能從太空中"扔"下繩索，也就是說，我們可以先發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，然后從衛(wèi)星上伸出繩索"垂"到地面上，在地面一端固定，形成太空電梯的運(yùn)行軌道。正是這樣的逆向思維，使得太空電梯顯得不那么鏡花水月，如今的太空電梯計(jì)劃，都是基于這個(gè)模型。

2. 太空電梯能變成現(xiàn)實(shí)？

在眾多太空電梯計(jì)劃中，尤其受人矚目的，是大林組在2012年宣布的太空電梯計(jì)劃。然而，距離計(jì)劃啟動(dòng)已經(jīng)過去了十年之久，前景似乎不容樂觀，就連大林組公司內(nèi)部，一直參與太空電梯研發(fā)的高級(jí)工程師都坦言：這個(gè)項(xiàng)目越是嘗試，就越是困難。其次美國航空航天局和歐洲航天局等著名航天機(jī)構(gòu)都參與到了太空電梯合作中，但令科學(xué)家們最頭疼的是研發(fā)資金短缺。這一項(xiàng)目現(xiàn)已被擱置。如果我們不考慮一切外部因素，太空電梯主要由四部分構(gòu)成：基座、纜索、電梯艙和動(dòng)力系統(tǒng)?；翘针娞菰诘孛嫔系幕A(chǔ)結(jié)構(gòu)?；仨氝x在地球赤道地區(qū)，可以建在陸上，如高山頂上或高塔尖上；也能建在海上，像一個(gè)巨大的港口。電梯艙是乘坐人員和承載貨物的部位，功能跟傳統(tǒng)電梯一樣，但原理和結(jié)構(gòu)不同。電梯艙雖然也是沿著纜索向上爬，但從天上垂下一根超長(zhǎng)的繩子來將電梯艙吊上去是不太可能的，它要“自己想辦法”爬上去。最簡(jiǎn)單的方法是在電梯艙上裝馬達(dá)，帶動(dòng)夾著纜索的一組輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而取得向上的拉動(dòng)力。其上升動(dòng)力有多種方案，可采用太陽能、核能和電磁場(chǎng)等。纜索是太空電梯的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。制造纜索的材料必須有很高的拉伸強(qiáng)度和質(zhì)量比。

前面三個(gè)似乎很容易理解，然而到目前為止我們沒有這種纜索。目前碳納米管是人類能造出來的最堅(jiān)固材料，它的密度僅為鋼鐵的四分之一，抗拉強(qiáng)度卻是后者的100倍，看起來應(yīng)該是制造太空纜索的理想材料。然而，我們探索太空電梯的道路，注定崎嶇不平。由于制備工藝的限制，實(shí)際能夠制備出的碳納米管長(zhǎng)度只有幾毫米，且存在大量結(jié)構(gòu)缺陷。雖然后來清華大學(xué)魏飛教授團(tuán)隊(duì)，將碳納米管的催化劑活性概率提高到99.5%以上后，成功制備出了單根長(zhǎng)度超過半米，且具有完美結(jié)構(gòu)的碳納米管?，F(xiàn)在他們正在研制長(zhǎng)度在千米級(jí)以上的碳納米管。我們的太空天梯，似乎，迎來了一線曙光！

也許我們已經(jīng)意識(shí)到了，剛剛討論的都是最簡(jiǎn)單的物理模型，一旦真的要考慮項(xiàng)目建設(shè)，就需要解決很多的實(shí)際問題。太空電梯將面臨從低空到高空全方位的威脅：雨水風(fēng)沙鹽霧會(huì)侵蝕纜索；大氣流動(dòng)會(huì)對(duì)纜索施加橫向拉力，使它彎曲、振顫；電梯轎廂高速上下運(yùn)動(dòng)會(huì)造成纜索表面快速磨損；在中低軌道運(yùn)行的所有航天器，只要其軌道穿越地球赤道，理論上都可能與太空電梯的纜索發(fā)生高速碰撞；數(shù)以百萬計(jì)的太空垃圾更是無法控制又躲不開，碳納米纜索有很好的抗拉強(qiáng)度，但在抗氧化方面確實(shí)慘不忍睹，提高纜繩耐久性方面的研究，顯然又是困難重重，當(dāng)然，除了耐久性問題以外，還有一大堆難題，在等待著我們?nèi)ソ鉀Q。例如，如何保證電梯廂體有足夠的動(dòng)力支持，可以一直從地面升到太空站?如果升到一半的時(shí)候，太空電梯的動(dòng)力系統(tǒng)突然失靈，簡(jiǎn)直就是高空求生驚悚片現(xiàn)場(chǎng)，想想都不寒而栗。真可謂驗(yàn)證了那句話：太空電梯，越是嘗試，越是困難。這個(gè)時(shí)候，很多人很可能要問，既然建造太空電梯這么困難，那為什么我們還一直執(zhí)著于這看似不可能的設(shè)想呢？因?yàn)?，我們向往星辰大海。如果地球太空電梯取得突破性進(jìn)展，人類就將走進(jìn)大眾太空旅游的新時(shí)代。太空電梯對(duì)材料等各方面提出了極為嚴(yán)苛的要求，巨大的技術(shù)難度，讓太空電梯的建造遙不可及。但是我們相信，有那么一群人，不會(huì)放棄努力。希望在我們的有生之年，能夠看到這樣的天梯，拔地而起，直通云霄，實(shí)現(xiàn)人類大規(guī)模進(jìn)入太空的宏愿!