日本設計「天空電梯」，輕鬆帶你上太空？小心只是地產公司的噱頭

出品：科普中國

製作：太空精釀

監製：中國科學院計算機網路信息中心

9月14日，日本宇宙航空研發機構JAXA將在種子島太空中心用H-IIB火箭發射第七艘前往國際空間站的貨運飛船HTV-7，這是現役世界第一重的貨運飛船，可達16.5噸。不過顯然它並沒有多少讀者注意，反而被一個"世界首個太空電梯即將發射"的新聞搶了頭條，國內外的小媒體上到處都是。

鋪天蓋地的新聞，圖源：百度

太空電梯是個很完美的科幻概念，早在人類火箭之父齊奧爾科夫斯基年代他就已經提出了這個美好的設想：普通人能像乘坐電梯一樣，藉助一根連接天地的繩纜，自由且低成本往返太空。

美好的太空電梯想像圖，圖源：NASA

報道中提到的所謂太空電梯到底是什麼？

它的全稱是空間系留自主機器人衛星-迷你電梯（Space Tethered Autonomous Robotic Satellite - Miniature Elevator，STARS-Me），這已經是STARS實驗系列衛星第四次任務。迷你電梯其實是個昵稱，它真正的功能並非如此，真相如下。

1. HTV夾帶的貨物

日本已經執行了六次國際空間站的貨運任務、且JAXA擁有國際空間站上希望號實驗艙、儲藏艙、擴展實驗艙和機械臂。HTV可以運送重達6.2噸的貨物，遠超國際空間站貨運主力進步號的2.4噸，在執行基本任務需求時夾帶一些其他貨物也是常態。本次HTV-7任務就額外攜帶了STARS-Me，SPATIUM-I和RSP-00三個技術驗證衛星。

2. 系留衛星

STARS系列任務都用來驗證一種空間應用的技術：系留衛星，或者繫繩衛星。它的原理是通過用繩纜從母衛星釋放一顆子衛星、或者雙星進行伴飛，能自由釋放、收回並重複使用，實現各種科學和工程研究目標，先後有香川大學、靜岡大學等參與。

STARS-Me任務藝術構想圖，圖源：靜岡大學

STARS的特色在於低成本的微小衛星編隊：兩顆微小、猶如魔方大小（10厘米邊長的1U立方形）的衛星通過一根約10米的細鋼纜相連。這次的-Me任務之所以叫做迷你電梯，是因為鋼纜上還將有一個小滑塊可以在鋼纜上移動，視覺上有一種"電梯"的效果，因而得名，但可以確定的是這跟太空電梯的理念毫無關係。

3. 到底是做什麼的？

STARS-Me任務由靜岡大學主要負責研發。畢竟只是兩個衛星加一起幾千克的極小任務，它的真實作用還是基本的技術驗證和教育教學，主要關於通過無線電信號接收輔助判斷衛星狀態：兩顆衛星都能直接與地面通信，它們之間的距離和姿態會導致信號接收出現細微的偏差，在地面的接收站可以通過兩股信號的多普勒頻移、比特率、信噪比對比等反推這個小型編隊的姿態和距離信息。

中間的"電梯廂"（6*3*3厘米尺寸，比雞蛋還小）帶有藍牙功能，能夠通過其中一顆衛星與地面通信，也會出現在兩顆衛星的互拍中。它也能夠在繩纜上緩慢移動，作為測試任務的額外標的，也能驗證雙星+滑塊的技術可行性，從這個角度的確是世界首例，但它的更科學叫法應該叫做滑塊。整體上這個任務只是個實驗驗證性質的小型任務，跟大家想像中的"黑科技"相距甚遠。

4. 宣傳作用

毫無疑問，太空電梯是個大大的噱頭，引發了全世界關注，也引出了每個新聞稿里都會出現的大林組建設公司。作為日本最大的房地產企業，大林組造了無數日本的摩天大樓，太空電梯概念一直以來是他們宣傳的重要方向。部分資助這麼一個大學裡的小型科研項目並不昂貴，卻收穫到了萬千讀者的關注，可謂是一次成功的品牌曝光。

因而，本次報道"太空電梯"大新聞的媒體，大概像把壁虎吹作劍齒虎一樣。。。

那麼，太空電梯到底可行么？

太空電梯概念圖，圖源：Booyabazooka

直接說答案好了：不可行。隨便舉出十個原因反駁：

1. 太空電梯必須將重心放在地球同步軌道上，否則就無法相對地表穩定，這裡是絕大多數通訊衛星所在地：圍繞地球自轉速度恰好等於地球一天，因而相對地面而言靜止或同步。這裡的高度是35786千米，是摩天大樓電梯高度的數萬倍！

2. 為保證重心在地球同步軌道，在這個軌道外側（超過地球靜止軌道）需要配比一個質量巨大的平衡錘，重量需達到萬噸級別。人類目前最強大的火箭僅能運送10-15噸級別載荷到此軌道；

3. 電梯運行期間會受到各種攝動干擾，為保持重心穩定需要對這個巨大的平衡錘進行靈活控制，它的質量已經遠超了人類能控制的航天器極限-國際空間站（420噸）；

4. 被繃緊的纜繩需要承受巨大的應力，人類現有最強材料碳納米管有一定應用可能，但它僅是實驗室中存在的材料無法量產，科學家們只能製造出極微量的實驗品，而花費是天價；

5. 即便是碳納米管，它的長徑比也在1000:1級別（對比普通材料20:1已有極大提升），對比太空電梯的超長纜繩要求依然不夠；

6. 不僅強度問題，繩纜不同位置由於重力加速度和圍繞地球運動速度不同，受到的切嚮應力也不大不相同，人類尚無一種靈活的材料能實現這些要求；

7. 地球大氣干擾巨大。大氣包含對流層、平流層、中間層、電離層等，對流層有風雨雷電，平流層有橫向風，中間層有劇烈溫度梯度和對流，電離層有高能粒子和磁暴等人類完全未知的空間天氣現象。好不容易走出1000千米的傳統大氣層定義區間，很不幸，僅走完了全程3%左右；

8. 電梯廂並不簡單。航天中但凡從無人變成載人，都意味著成本陡增，人是所有航天探索中最脆弱的環節。太空電梯要進入太空，面臨複雜的大氣環境和宇宙輻射環境，電梯的防護要極端嚴格，而這無疑需要一個巨大的電梯廂，進而要求增大繩纜的應力、強度、尺寸，形成無解死循環；

9. NASA曾經做過一些預研究，最終全部放棄。谷歌著名的X實驗室，曾經研究過太空電梯可行性，最終宣布放棄，因為它的技術難度"遠遠超過了人類現有技術水平"；

10. 人類航天已經愈發成熟，隨著可回收運載器和航天器的快速研發，尤其是商業航天的加入，航天成本也在迅速降低，太空電梯最吸引人的"價格優勢"並不存在。

以上，別鬧了，大家還是老老實實支持可控核聚變這種靠譜的技術吧，改變人類全靠它了（手動滑稽）！

（本文中標明來源的圖片均已獲得授權）

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