出品：科普中國

作者：蘭順正

策劃：宋雅娟

監制：光明網科普事業部

近一段時間以來，有關中國建設“地月空間經濟區”的内容被媒體廣泛報道，而與之相應，“太空電梯”概念也随之受到關注。近日，俄羅斯托木斯克理工大學新技術工程學院院長阿列克謝·雅科夫列夫在接受俄羅斯衛星通訊社記者采訪時表示，中國關于建設地月空間經濟區的計劃完全可行，或于未來10-15年出現的太空電梯技術将助力實現該計劃。明顯的是，該則消息将使太空電梯技術成為關注焦點。

簡單的原理，巨大的作用

太空電梯的原理并不複雜，與生活的中的普通電梯十分相似。隻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實的“繩索”将其與地面相連，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、飛船這類複雜航天工具，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

太空電梯的想法最早由俄羅斯科學家康斯坦丁·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一個太空城堡，用一根纜繩将地面與城堡相連，以此實現太空運輸。1979年英國作家阿瑟·克拉克将這個概念寫入了科幻小說《天堂的噴泉》，引起了公衆的廣泛關注。在科幻作家劉慈欣的作品《三體》中，也有關于太空電梯的描述。

本來太空電梯隻是科幻概念，但是科技發展讓這個構想不再遙不可及。這其中的一個重要突破就碳納米管技術。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，其抗拉強度是已知任何材料中最高的，理論上高達 300千兆帕斯卡。2018年底有報道稱，清華大學的研究團隊研發了一種高強度的纖維，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入太空的成本。目前的國際商業衛星發射中，每千克荷載的運輸成本約2.5萬－4萬美元之間。據估計太空電梯建成後，每千克荷載的運輸成本約為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過長期複雜的訓練就能進入太空。這首先得利的就是太空觀光旅遊業，今後普通人也能輕易實現飛天的夢想。同時太空電梯能夠将飛船、衛星及相應的零件直接“提升”入軌或在太空組裝，這樣就無需大運力的運載工具和消耗大量燃料，太空電梯巨大的運力将來甚至于可以幫助在軌道上建造各種巨型太空設施，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“日本太空電梯協會”。2018年9月有消息稱，日本靜岡大學工學部的科研團隊與日本建設公司大林組合作開發了迷你版太空電梯，并将其送往國際空間站進行測試。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星。在纜繩上，研究人員利用電機驅動一個模拟電梯升降艙的盒子，使其在纜繩上來回移動，以此測試太空電梯模型的可行性。當時有消息指出，參與太空電梯實驗的大林組還在單獨推進研發工作。據大林組公司網站介紹，他們構想用碳納米管制作纜繩，6組升降電梯依靠電動機在其上運行，升降艙将建成直徑為7.2米的雞蛋狀，可承載30人。電梯從地面出發，預計8天到達空間站。該公司評估這一套太空電梯系統大約需要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，來自日本國内外的大學和企業等12個團體再次開展了太空電梯的大規模實證試驗。

日本太空電梯概念圖

此次雅科夫列夫稱：“現在正在讨論太空電梯的理念，這一理念早就已經出現。據我掌握的信息，中國正計劃實施該項目。目前正在研發材料，這種材料将成為運送技術的基礎，通過這種技術可先将物資和人員送往地球靜止軌道，然後再發往月球。這或将在未來10-15年内實現。”不難想象，在今後中國的“地月空間經濟區”建設将會搭上太空電梯的“快車”。