科幻終會實現?搭乘電梯去太空或許沒什麼不可能

「女士們，先生們，歡迎大家搭乘太空電梯。我們第一站將抵達月球平台，整個行程需要5小時，請大家在享受整個旅程之前系好安全帶並坐好。太空電梯上升的過程中，大家可以欣賞玻璃窗外的景色，比如地球的球面變化以及天空將從深藍色變成黑色，這應該是你看到的最為激動人心的景觀之一……」

這聽起來像科幻小說里的一個章節，但它或許某天將成為現實，因為現在科學家們正在考慮下一個遙遠的太空運輸系統——太空電梯。

太空電梯，100多年前就被提出

在《聖經·創世紀》中有這樣一則故事——地面與天空用「天梯」連接，人可以通過「天梯」往返天地之間。雅各布做夢沿著登天的梯子取得了「聖火」。後人便把這夢想中的梯子，稱之為雅各布天梯。

而太空電梯的概念最早在1895年提出。當時，俄羅斯火箭專家齊奧爾科夫斯基從巴黎的埃菲爾鐵塔得到靈感，大膽提議從地球的表面到其靜止的軌道高度建一個「獨立的塔樓」，並通過一條纜繩和一個電梯艙，將「塔樓」與地面連接起來，這樣太空飛船就可以不通過火箭發射進入軌道。不過，當時看起來簡直是天方夜譚，甚至有人嘲諷他不如「改行去寫科幻小說」。

不過自從太空電梯的概念被提出後，確實也成為了科幻小說中常見的創作元素。1978年，被譽為現代科幻三巨頭之一的阿瑟·克拉克，就曾將這一設想寫進了他的科幻巨著《天堂之泉》（Fountains of Paradise）。這部小說描繪了在一座熱帶島嶼上，人們可以通過落在赤道上的一座天梯前往太空觀光或運送貨物。

2015年世界科幻小說最高獎「雨果獎」的獲得者劉慈欣，在其科幻著作《三體》中，也多次提及太空電梯。其中有這樣一段描述：

「所有的太空電梯都只鋪設了一條初級導軌，與設計中的四條導軌相比，運載能力小許多，但與化學火箭時代已不可同日而語，如果不考慮天梯的建造費用，現在進入太空的成本已經大大低於民航飛機了。」

不光在文學界，在現實社會中太空電梯也激發了科研人員的興趣。特別是隨著人類探索太空步伐的加快，科學家逐漸沉下心來思索，能否將太空電梯變為現實？

「我喜歡這個異想天開的創意，」倫敦大學學院高度、空間和極端環境醫學中心創始人凱文·方在接受BBC新聞的採訪時說：「我能理解人們為什麼被太空電梯的概念吸引，如果我們能以廉價和安全的方式進入太空，整個太陽系就會成為我們的囊中之物。」

預計耗資近百億美元，值得嗎？

太空電梯之所以能點燃各國的研究熱情，成本方面是主因。據國際宇航科學院（IAA）報告統計：一旦太空電梯建立，攜帶負載進入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元，足以為人類省下一大筆天文數字。

這主要是因為化學火箭的燃料佔80%的空間，14%為主要結構，只有6%可以載人，發射以及回收成本高昂。相比之下，太空電梯則擁有小體積、低耗能的優點。

而且加拿大托特技術公司也估算過，太空電梯應用後，太空梭的太空飛行成本能節省大約三分之一，大大提高人類造訪太空的頻率，此舉將開創人類探索太空的新紀元。為此，目前全球已有數個太空電梯項目在加快步伐執行。

1991年，碳納米管被日本研究員飯島意外發現，這種新型材料具有拉伸強度高、抗形變力強等極佳的力學性能，被科學家認為是製作電梯的最理想材料。

8年後，受美國國家航空航天局（NASA）資助，洛斯阿拉莫斯國家實驗所布拉德利·愛德華茲博士制訂出使用新型碳材料製造太空電梯的方案，並發布了用碳納米管材料製作太空電梯的可行性報告。而且他指出，太空電梯的成本為70—100億美元，這遠遠低於大型的太空項目。

時光轉到21世紀，美國、日本等國越發重視對太空電梯的研發和建造。2005年3月23日，NASA正式宣布太空電梯已成為世紀挑戰的首選項目。

2012年新加坡《聯合早報》曾報道：日本大林建設公司首次完整提出太空電梯計劃，並聲稱能在2025年開始建造太空電梯，預計在2050年完成一個太空電梯建造項目，其所設計的太空電梯纜線全長為地球到月球距離的1/4，約有9.6萬公里。

2015年8月，英國《每日郵報》報道稱：加拿大的托特公司計劃建造一個高度約兩萬米的太空電梯。該公司已獲得一項美國專利權用於建造獨立塔狀結構，可從地球表面向空中延伸至萬米，這個太空塔的高度是世界上最高建築物（迪拜的哈利法塔）的20倍。

找到製造材料是最大挑戰之一

根據科學家們的設想，太空電梯其主體由五部分構成：地面基座、纜繩、電梯艙、太空站和重量平衡器。

其運作模式大致如下：從距離地面3.6萬公里的地球同步衛星上「拋」下一根纜繩下垂至地面基站，在引力和向心加速度的相互作用下，纜繩被繃緊；電梯艙則沿著纜繩往來運輸人和物；此外，為保持平衡，在太空站遠離地球的另一側也要架設數萬公里的纜繩索道，並在纜繩末端連接一個重量平衡器。整條纜繩全長約為10萬公里，相當於地球到月球距離的約1/4。

那麼在現實中要建造太空電梯，挑戰在哪裡呢？

從哥特式大教堂到摩天樓再到太空電梯，在建造任何高層建築時，堅固度和平衡重心都是兩大關鍵。不過直到現在，可用於製造太空電梯所需繩索的材料仍屈指可數。

2014年，Google X的快速評估研發團隊也開始太空電梯的設計，但最終發現沒有人製造出超過一米的完美的碳納米管鏈。因此他們決定把這個項目「深度凍結」。

由此來看，建造太空電梯最大的挑戰之一，在於找到製造電梯纜繩的材料。一根普通的鋼絲從9公里的高空中垂下來會被自重所拉斷。好在碳納米管的發現，讓人們又重新燃起了希望。細小且強度可與金剛石媲美的碳納米管，居然柔韌性極佳，並且可製成纖維。據測算，一根寬1米、薄如紙的納米管纜帶，就能支撐13噸的重量。

2014年9月，美國科學家賓夕法尼亞州立大學的化學教授約翰·巴丁在《自然材料》上發表文章稱：他們研發出超細、超堅固的納米線，比之前發現的碳納米管更堅固和牢靠。「我們的納米線就像是一個由尺寸最小的鑽石串成的微型項鏈，其中一個最瘋狂的夢想就是用於製造超級堅固的輕型繩索，讓打造太空電梯的夢想成為現實。」巴丁說。

當前，太空電梯不再被認為是一個「超前命題」，這個項目逐漸被美國NASA，歐洲航天局（ESA）等研究機構所接受。而且隨著新材料科學的發展，太空電梯開始從幻想走進現實，不再是那麼遙不可及。

也許一旦太空電梯運用後，太空旅行將成為我們日常生活的一部分，就像石器的發展打開了人類祖先廣闊的新棲息地，並改變他們的生活方式，未來的太空電梯或許也將改寫人類的命運。

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