坐電梯登天

圣經《舊約》中有這樣的故事：上帝創造人類以后，人類要造一座通天的塔。為阻止這樣的事情發生，上帝使人類的語言彼此不通。于是，人們停止了造塔的工程。

如今，人們將要繼續完成這個神話般的夢想。目前，美國航天局公布的一份報告中，提出了建立“太空電梯”的計劃。

通向太空的天梯

登天的夢想始于“現代火箭之父”——奧爾科夫斯基。1895年，當他面對埃菲爾鐵塔時突發奇想，設想如果把埃菲爾鐵塔的高度延長到地球同步軌道(35800千米高)，人類就可以通過電梯把衛星送入太空。

航天飛機運輸每100克貨物需1500美元。從實用的角度來講，科學家們認為也許建造一個具有同步衛星高度的高塔電梯可以降低運輸成本，讓人們可以隨意往返于太空和地球之間。然而，這樣的高塔要有35800千米高，為了保持塔身的穩定，使其不被自己的重量所壓彎，塔底面積至少得占地40萬平方公里，這顯然是難以做到的。

科學家提出了建造一個從同步衛星往下延伸的“倒塔”的方案。設想從衛星上掛下一個用新型纖維制成的，長達35800千米的梯子，梯子將從天而降，這就是美國航天局最近公布的一份“太空電梯”方案的有關內容。關于建造“太空電梯”的很多細節問題，如電梯的動力、結構、控制系統、維修系統、救生系統等，也在考慮之中。

在美國航天局的一份可行性評估報告中，討論了實現這一夢想的可行性和所需技術。他們的結論是：十幾年后，憑借少許運氣和大量研究工作，人類將也許能以每磅(約0．45千克)體重5美元的價格，體驗生命中最長、最刺激的升降機旅行。這樣的一次旅行只需24小時。

天梯的原理

地球在繞太陽公轉的同時，自身也在自轉。因此，對于任何與地面保持相對靜止(實際上是圍繞地球同步轉動)的物體，將同時受到地球萬有引力和離心力的影響。在赤道上重力最小，是向太空運送物體的最好地點。

因此，計劃中的“天梯”也將建造在位于地球赤道的厄瓜多爾地區。據測量，該地區是地球上距離地心最遠的地方，其最高處比珠穆朗瑪峰頂離地心還要多2千米，重力也最小。開始要發射一個大型地球同步航天站，然后，從這個位于35800千米高空的航天站上放下若干高強度的纜索，鋪設一個接一個的電磁環，使其連接成一個電磁空心管。這個電磁空心管就是未來可用于上天的“天梯”。一種新型的電磁列車將行駛在這個電磁空心管之中。由于這種衛星的旋轉角速度與地球自轉角速度相同，所以從地面上看去，它似乎固定在天上不動。從而保證天梯與地面相對靜止，并保證天梯與地球上的基地位置保持垂直。

如果衛星帶著這樣一個又長又重的梯子，在地球引力(即重力)的作用下，會連同梯子一起掉下來。如何使“天梯”以及衛星懸在空中呢?

為了使天梯突破地心引力的影響，太空中的一端必須與一個質量巨大的天體相連，或者是一個巨大的反平衡站，也許是一顆小行星。這一天體向外太空方向的離心力與地心引力抗衡，使天梯的引力重心與地球的相對位置固定不動的地軌運行方向協調一致，從而使天梯緊繃，允許電磁車在纜繩中心的隧道穿行。

此外，可在每500或1000千米處連接一個飛船或衛星，以保證天梯正常運行。

超乎想象的強韌材料

建太空天梯并非易事，其中一個關鍵的問題是，目前還沒有這樣牢固經濟的材料可以用來建造如此之長的太空天梯。對于一條3．5萬千米長的垂直放置的纜繩而言，必須能承受得住強大的地心引力和離心力的拉扯，因此要強韌得超乎想象才行。

1991年，日本科學家發明了一種叫碳納米管的碳纖材料，這種碳納米管是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的“足球”狀“纖維”，內部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。碳納米管的重量很輕，密度僅為現在鋼材的1／6，而其堅韌度要比鋼材高出幾百倍。諾貝爾化學獎得主理查德·史蔓利也發明出一種叫“碳超微管”的材料，比鋼筋要結實200倍。用這樣輕而柔軟、又非常結實的材料做繩索，其牢固程度已足夠用來建造太空天梯。目前這種碳纖鋼索的成本是500美元1克，成本太高，需要找到一個有效途徑把這種碳纖鋼索的生產成本降下來。

美國休斯敦RICE大學的肯·史密斯正和他的同事研究一種碳纖鋼索材料制造專利，嘗試將碳纖鋼索的生產成本降到每克1美元以下的方法。史密斯教授認為，目前碳纖鋼索成本太高的原因是生產方式效率不高。

只需極少的驅動力？

根據專家設想，未來的太空天梯由電磁能驅動，時速可達幾千千米。而NASA和美國空軍正在實驗利用地球磁場自行產生能源的技術，使國際空間站能夠自動補充能源以及指揮太空軌道上的人造衛星。

空中天梯應建成一種不密封的通行電梯的管道形式，管道的四壁包含有電磁材料。電梯是一個很大的密封車廂，可以乘入、運貨，整個的衛星和飛船也可以裝在里面。電源由衛星太陽能發電站供給，或利用地球磁場產生能源，利用電磁力推動電梯克服重力上升。電梯上升的同時，將跟隨天梯一起繞地球轉動。升得越高，重力越小，上升就越省力。當電梯帶著人返回地面時，則靠重力作用自動下降，只消耗很少的電能。這種電磁能驅動技術目前已在日本和歐洲的火車上得到應用，今后還會得到進一步開發。

此外，還有許多技術問題需要解決。例如，如何避免升降機免受天體碎片的襲擊。同是NASA工程師還在設計一種發射拱門，它將提供一個16公里高的平臺，用于發射航天工具。

一百多年來，人類相繼實現了很多夢想，從建造摩天大樓到登上月球。可以預見，很多今天看起來難以實現的夢想都有可能在不久的將來變成現實。有專家預測10年之后，已有的設計和制造技術就可以實現美國航天局現在提出的“太空電梯”的設想。