“太空電梯”能實現嗎

在電影《流浪地球2》中，主角一行乘坐“太空電梯”前往空間站，速度之快，讓大塊頭的宇航員都承受不住，堪比“宇宙級高速公路”。那么，人類未來能用坐電梯的方式輕松抵達太空嗎？

在春節檔電影《流浪地球2》中，“太空電梯”等多項科學設定，打開了不少人對于未來科學的想象空間。那么，人類未來能用坐電梯的方式輕松抵達太空嗎？

“太空電梯”設想

在片中，開場不久，主角一行乘坐“太空電梯”前往空間站，速度之快，讓大塊頭的宇航員都承受不住，堪比“宇宙級高速公路”。按照電影的設定，乘坐“太空電梯”會承受9G 的重力，乘坐人員必須穿上抗荷服，乘坐時可能會發生嘔吐、昏睡的情況。

影片科學顧問、中國科學院力學研究所研究員韓桂來表示，從宏觀方面看，“太空電梯”就是一個受力問題，需要三個方面參與——地球、頂端配重和纜繩。可以把它看作是地球的一條長辮子，地球自轉、纜繩和頂端配重同步運行，纜繩相當于拴住了地球和配重，并和萬有引力共同為配重提供向心力，使得彼此不脫離。

乘電梯進太空這個想法并不新奇。早在1895 年，俄羅斯火箭專家與航天先驅齊·奧爾科夫斯基在參觀法國巴黎的埃菲爾鐵塔時，就受到鐵塔建設的啟發，提出在地面上建設一座直抵地球同步軌道的超高型鐵塔，以架設電梯的方式實現進入外層空間，這是“太空電梯”的濫觴。不過，在經過一系列計算后，他認為建設這樣一座超高型鐵塔是不可能實現的。

20 世紀60 年代，隨著人類首次進入太空，建設“太空電梯”進入太空的想法再次被科學家提了出來，但“太空電梯”存在太多無法攻克的難題。

中國科學院物理研究所研究員梁文杰表示，“太空電梯”的設想從提出到現在已經100多年，之所以一直沒有實現，最主要的障礙是材料?！疤针娞荨北仨毺幱谌f六千公里的高空同步軌道，才能實現和地球一起轉，但能夠拉起三萬六千公里的纜索所用的材料強度要達到鋼鐵的60 倍，沒有任何一個材料能達到該要求。

人類是否能成功建造“太空電梯”

20 世紀90 年代以來，材料科學獲得了一系列重大突破，這讓“太空電梯”的支持者們看到了解決材料難題的曙光。

1993 年，碳納米管誕生，并在之后實現了量產。這種強度高（與金剛石類似）、柔韌性好，并可制成纖維的材料。作為已知世界上強度最高的材料之一，碳納米管拉伸強度高達100GPa,單位質量的拉伸強度是鋼鐵的276 倍，理論上完全可以做到“四兩撥千斤”的效果。但由于制備碳納米管所用的催化劑容易在高溫環境下失去活性，這就導致碳納米管的長度受到很大限制。

近年來，我國在碳納米管研究方面取得了重大突破。清華大學在世界上首次報道了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束，只需1 立方厘米納米碳管制造的超強纖維，就能承受超過800 噸的重量，而其重量僅僅只有1.6 克重。目前，研究團隊正在從事一米以上碳納米管的制備，希望能夠制備出公里級以上長度并具有宏觀密度的碳納米管，這將為“太空電梯”的制備開啟一線曙光。用“太空電梯”向太空運輸人員與物資的震撼場面，或許離我們并不遙遠了。