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搭乘电梯去太空或成可能寻找制造材料成关键

2017-05-10 16:01:50

　　 “女士们，先生们，欢迎大家搭乘太空电梯。我们第1站将抵达月球平台，全部行程需要5小时，请大家在享受全部旅程之前系好安全带并坐好。太空电梯上升的进程中，大家可以欣赏玻璃窗外的风景，比如地球的球面变化和天空将从深蓝色变成黑色，这应当是你看到的最为激动人心的景观之1……”

　　这听起来像科幻小说里的1个章节，但它也许某天将成为现实，由于现在科学家们正在斟酌下1个遥远的太空运输系统——太空电梯。

　　太空电梯，100多年前就被提出

　　在《圣经·创世纪》中有这样1则故事——地面与天空用“天梯”连接，人可以通过“天梯”来回天地之间。雅各布做梦沿着登天的梯子获得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子，称之为雅各布天梯。

　　而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1个“独立的塔楼”，并通过1条缆绳和1个电梯舱，将“塔楼”与地面连接起来，这样太空飞船就能够不通过火箭发射进入轨道。不过，当时看起来简直是天方夜谭，乃至有人嘲讽他不如“转业去写科幻小说”。

　　不过自从太空电梯的概念被提出后，确切同样成为了科幻小说中常见的创作元素。1978年，被誉为现代科幻3巨头之1的阿瑟·克拉克，就曾将这1假想写进了他的科幻巨著《天堂之泉》（Fountains of Paradise）。这部小说描绘了在1座热带岛屿上，人们可以通过落在赤道上的1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”的取得者刘慈欣，在其科幻著作《3体》中，也屡次提及太空电梯。其中有这样1段描写：

　　 “所有的太空电梯都只铺设了1条低级导轨，与设计中的4条导轨相比，运载能力小许多，但与化学火箭时期已不可同日而语，如果不斟酌天梯的建造费用，现在进入太空的本钱已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起了科研人员的兴趣。特别是随着人类探索太空步伐的加快，科学家逐步沉下心来思索，能否将太空电梯变成现实？

　　 “我喜欢这个想入非非的创意，”伦敦大学学院高度、空间和极端环境医学中心开创人凯文·方在接受BBC新闻的采访时说：“我能理解人们为何被太空电梯的概念吸引，如果我们能以便宜和安全的方式进入太空，全部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的研究热忱，本钱方面是主因。据国际宇航科学院（IAA）报告统计：1旦太空电梯建立，携带负载进入太空的本钱可由每千克20000美元降落至500美元，足以为人类省下1大笔天文数字。

　　这主要是由于化学火箭的燃料占80%的空间，14%为主要结构，只有6%可以载人，发射和回收获本高昂。相比之下，太空电梯则具有小体积、低耗能的优点。

　　而且加拿大托特技术公司也估算过，太空电梯利用后，航天飞机的太空飞行本钱能节省大约3分之1，大大提高人类造访太空的频率，此举将首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步伐履行。

　　 1991年，碳纳米管被日本研究员饭岛意外发现，这类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布拉德利·爱德华兹博士制定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。而且他指出，太空电梯的本钱为70—100亿美元，这远远低于大型的太空项目。

　　时光转到21世纪，美国、日本等国越发重视对太空电梯的研发和建造。2005年3月23日，NASA正式宣布太空电梯已成为世纪挑战的首选项目。

　　 2012年新加坡《联合早报》曾报导：日本大林建设公司首次完全提出太空电梯计划，并宣称能在2025年开始建造太空电梯，预计在2050年完成1个太空电梯建造项目，其所设计的太空电梯缆线全长为地球到月球距离的1/4，约有9.6万千米。

　　 2015年8月，英国《逐日邮报》报导称：加拿大的托特公司计划建造1个高度约两万米的太空电梯。该公司已取得1项美国专利权用于建造独立塔状结构，可从地球表面向空中延伸至万米，这个太空塔的高度是世界上最高建筑物（迪拜的哈利法塔）的20倍。

　　找到制造材料是最大挑战之1

　　根据科学家们的假想，太空电梯其主体由5部份构成：地面基座、缆绳、电梯舱、太空站和重量平衡器。

　　其运作模式大致以下：从距离地面3.6万千米的地球同步卫星上“抛”下1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；电梯舱则沿着缆绳来往运输人和物；另外，为保持平衡，在太空站阔别地球的另外一侧也要架设数万千米的缆绳索道，并在缆绳末端连接1个重量平衡器。整条缆绳全长约为10万千米，相当于地球到月球距离的约1/4。

　　那末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，坚固度和平衡重心都是两大关键。不过直到现在，可用于制造太空电梯所需绳索的材料仍寥寥可数。

　　 2014年，Google X的快速评估研发团队也开始太空电梯的设计，但终究发现没有人制造出超过1米的完善的碳纳米管链。因此他们决定把这个项目“深度冻结”。

　　由此来看，建造太空电梯最大的挑战之1，在于找到制造电梯缆绳的材料。1根普通的钢丝从9千米的高空中垂下来会被自重所拉断。好在碳纳米管的发现，让人们又重新燃起了希望。细小且强度可与金刚石媲美的碳纳米管，竟然柔韧性极佳，并且可制成纤维。据测算，1根宽1米、薄如纸的纳米管缆带，就可以支持13吨的重量。

　　 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：他们研发出超细、超坚固的纳米线，比之前发现的碳纳米管更坚固和坚固。“我们的纳米线就像是1个由尺寸最小的钻石串成的微型项链，其中1个最疯狂的梦想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。

　　当前，太空电梯不再被认为是1个“超前命题”，这个项目逐步被美国NASA，欧洲航天局（ESA）等研究机构所接受。而且随着新材料科学的发展，太空电梯开始从空想走进现实，不再是那末遥不可及。

　　或许1旦太空电梯应用后，太空旅即将成为我们平常生活的1部份，就像石器的发展打开了人类先人广阔的新栖息地，并改变他们的生活方式，未来的太空电梯也许也将改写人类的命运。

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