未来我们可以坐电梯上太空吗

太空电梯源自一个古老的梦想——用天梯连接地面与天空，人可以通过此梯往返天地之间。这个梦想可以追溯至《圣经》上的描述。《圣经·创世记》中有这样一个故事：雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子称为雅各布天梯。

太空电梯（想象图）

1979年，英国科幻作家克拉克出版了《天堂的喷泉》一书，讲述了人类靠一种强度极大但质量极轻的碳纤维材料把地球和同步轨道卫星连接起来的故事。书中的主人公为了这一工程耗尽心血，终于殉职于太空电梯上。在小说的结尾，人类将所有的人造卫星都横向相连并将它们与地球纵向连接，这个巨大的人造环带好似给地球围上一条项链。这听起来更像天方夜谭而非务实的太空计划。所以，当美国科学家皮尔逊于1975年提出太空电梯的概念时，人们对他的建议就是“改行写科幻小说去吧”。

碳纳米管

但工程师们经过论证发现，以现有技术为基础，太空电梯的梦想是有可能实现的。太空电梯的本质是建设一座永久性的“缆绳”式建筑，将地面与地球静止轨道上的某一点连接起来，并允许运输工具沿着这条缆绳行驶。听起来这和我们常见的电梯确实大同小异，问题在于我们要连接哪两个点和怎样连接。

地球静止轨道上的卫星比较特殊，它相对于地球是静止不动的。但是这种卫星都必须定点于赤道上空35786千米处。要保证太空电梯相对于地面不发生飘移，只能一端建在赤道上，另一端连接地球静止轨道卫星。

如果从地球静止轨道卫星上垂下一根35786千米长的绳梯，整个地球静止轨道卫星连同绳梯就会因重力的作用，一起掉到地面上来。为了保持平衡，就必须从地球静止轨道卫星向上伸出平衡用的缆绳和平衡重物（锤）。平衡锤以地球静止轨道卫星的速度与缆绳一起绕地球运转产生的离心力可以与卫星下方绳梯的重力相抵消。

在现实中，要实现太空电梯的梦想则比神话和小说中困难得多。我们把一根2米长、1毫米粗的细铁丝直立在地上，铁丝本身的重量就会使它弯曲。但如果把这根铁丝垂吊起来，就能吊起很重的东西。这说明，细长物体承受拉力的本领比承受压力的本领大得多。虽然如此，但长达35786千米的太空电梯自身的重量仍有可能把它拉断。建造太空电梯最大的挑战在于找到制造电梯缆绳的材料。缆绳应该是一根高强度的长索。普通的钢丝如果从9千米的高空中垂下来，就会被自己的重量拉断。碳纳米管的发明使人们看到了一线希望。用碳纳米管制造的缆绳强度可与金刚石媲美。理论上说，宽1米、厚度像纸一样薄的碳纳米管缆带就可以支撑13吨的重量。但它也不见得能承受天梯的自重，还有在天梯中上下的载荷重量。

与大多数公共交通一样，目前航天工程师设计的太空电梯舱也是双向对开的，并在适当的高度安装“站台”以方便乘客和货物上下。这些站台实际是固定在太空电梯上的空间站，它们的重量应该从最初设计时就考虑在内，甚至电梯舱的载重和行驶位置也需要精确计算，以保证缆绳的平稳。（赵洋）