“太空電梯”邁出第一步

龐之浩

近日，日本向國際空間站發射了一對超小型衛星，首次進行“太空電梯”試驗。

據稱，國際空間站將釋放這對邊長為10厘米的立方體衛星，并用長約10米的纜索將它們連接，通過電動機轉動，一個類似電梯吊箱的容器將從纜索一端移動到另一端。這將是人類首次在太空纜索上移動容器。短短10米纜索，邁出了實現太空電梯的第一步。

太空電梯的概念早在1895年就由俄羅斯科學家齊奧爾科夫斯基提出。1979年，著名科幻大師克拉克在小說《天堂的噴泉》中，再次提出了太空電梯的設想。其實，太空電梯和普通電梯的原理相似：需要長長的纜索，一端固定在地球上，另一端固定在運行于地球靜止軌道的平衡物（如大型衛星或空間站）上，在引力和向心加速度的相互作用下，纜索被繃緊，電梯可沿纜索上下運動。

目前，人類進入太空的主要工具為運載火箭，為了擺脫地球引力，其自身攜帶的燃料占火箭總重量的90%左右。每運送一千克有效載荷上天的成本至少需一萬美元，性價比很低。如果通過太空電梯進行天地往返，雖然造價很高，但不需要動用大量燃料，建成后的運行費用會大大降低，還能像高速公路一樣24小時運轉。一項測算顯示，用太空電梯運送人員和貨物到太空，成本只有目前所需的1%。

研制太空電梯的最大挑戰，是要開發出數萬千米長的超強纜索，據估計，纜索的總長度需10萬千米左右。這對纜索提出了很高要求：必須非常輕，而且要極其牢固，才能經受得住大氣層內外任何物體的撞擊。因此，很長一段時間，太空電梯都只是一種想像，直到1991年碳納米管的出現，才賦予了太空電梯更大的實現空間。碳納米管具有質量輕、強度高的特點，一根像縫衣線粗細的碳納米管，就能承受一輛汽車的重力。目前，日本、美國、俄羅斯和歐洲航天局都在著手這方面的設計，方案大都由基座、纜索、吊箱和動力系統等組成。

眼下，太空電梯的制造除了需要突破材料等方面的限制，還有許多安全問題需要解決，如雷擊、颶風、流星、原子氧、太空碎片等對其運行產生的影響。有些問題已有對策，如將基座選在無雷區以避免雷擊；也有專家建議選擇一個更適宜的中轉站，如在月球上建造太空電梯。因為月球的引力只有地球的1/6，依靠目前科技水平制造的合成纖維纜索即可達到強度要求，而且月球周圍也不受雷擊、颶風、太空碎片等問題的困擾。

無論如何，纜索都是太空電梯最關鍵的環節。近些年來，一些國家正緊鑼密鼓研制強度更高的碳納米管纖維材料，使太空電梯從天方夜譚朝著現實發展。也許在不遠的未來，人類真的可以搭乘“天梯”進入太空。