人類能搭乘電梯進入太空嗎

在科幻電影《流浪地球2》中，噴出沖天藍光的行星發(fā)動機、無所不知的智能量子計算機以及高聳入云的太空電梯等硬核科技元素讓觀眾深感震撼。其中，太空電梯最為引人注目，有了它，人類就可以像坐電梯上高樓一樣輕松地進入太空。人類在掌握火箭技術的情況下為何還會有太空電梯的設想？未來，人類真的能實現(xiàn)搭乘電梯進入太空的設想嗎？目前又遇到了什么樣的技術瓶頸呢？本期，牙牙為你一一解答。

有了太空電梯，去火星或許只要61天

在2022年空間技術和平利用（健康）國際研討會上，國際太空電梯聯(lián)盟主席、國際宇航科學院院士彼得·斯旺提出，未來太空電梯將作為永久性物流基礎設施，可將物資和人員運到太空，成為進入太空的新通道。“相比用火箭運輸，太空電梯更環(huán)保、成本更低、重復使用率更高。”斯旺說。

目前，人類主要依賴的太空運輸方式是火箭，但發(fā)射一次火箭要消耗非常多的燃料，這也意味著極其昂貴的運輸成本。而太空電梯的運輸成本相對低廉，它可以憑借纜繩直接向太空攀升，不必像火箭一樣要達到極高的推重比才能發(fā)射，消耗的燃料更少，且太空電梯的轎廂還是可回收的。另外，太空電梯更溫和的推進方式也意味著更低的加速度，這代表大部分未經(jīng)過專業(yè)航空訓練的普通人，乃至一些無法承受高加速度的科學儀器都有可能通過太空電梯進入太空。

星際旅行備受期待，所以太空電梯還具有獨特的商業(yè)競爭力，但火箭發(fā)射技術并不會因此被拋棄。火箭的速度比太空電梯的速度更快，能迅速穿越地球輻射帶，如果把太空電梯看作貨船，那么火箭就是貨運飛機。所以還有人提出“太空電梯+火箭”的運輸方式，實現(xiàn)互補。

斯旺介紹：“根據(jù)目前的設計，太空電梯的轎廂重約20噸，攀爬速度約為每小時200公里。未來，隨著纜繩的加長、轎廂攀爬速度的加快，預計8天可到達地球同步軌道，14天可到達月球，61天可到達火星。”

太空電梯怎么建

雖然大部分人都是從科幻小說或電影中認識太空電梯，但事實上，太空電梯在世界航天史上早已不是新概念，它已經(jīng)被人類研究了很多年。

早在1895年，被譽為“航天之父”的俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基就提議在地面上建設一座塔尖和地球同步軌道齊平的超高鐵塔，并在鐵塔內(nèi)架設電梯，人類可搭乘電梯往返于地球和太空之間。雖然由于技術限制，從地面一直往天穹建設高塔電梯的想法很難實現(xiàn)，但這個在當時聽起來有些天馬行空的設想，卻為今后的無數(shù)科學家?guī)砹遂`感。

建造太空電梯的關鍵環(huán)節(jié)是搭建運行軌道。既然從地面向上建造一座高塔作為電梯的運行軌道的想法不現(xiàn)實，那么能不能反其道而行之？后來，科學家提出像扔東西一樣，從太空中“扔”下纜繩。也就是說，我們可以先發(fā)射一顆地球同步衛(wèi)星，將其作為太空中的空間站，然后從空間站上將纜繩“扔”到地面上，將其固定在地面的基座。地球自轉(zhuǎn)時，纜繩會產(chǎn)生向上的離心力，地球的重力也會將纜繩往下拉，纜繩在兩個力的作用下繃緊，太空電梯的運行軌道就搭建好了。這樣，長長的纜繩懸在天地之間，搭載人或貨物的運載艙就可以沿著纜繩上下移動，往返于空間站和地面的基座之間。這個思路讓太空電梯的設想顯得不那么鏡花水月，如今的太空電梯計劃也都是基于這個思路展開的。

太空電梯實現(xiàn)需要時間

目前，許多國家都在探索建造太空電梯的可能性。然而，建造太空電梯纜繩的材料成為困擾各國科學家的一大難題。“最核心的問題是要找到合適的材料做太空電梯的纜繩。”長期研究新型材料的中國科學技術大學副研究員管慶方認為。纜繩是連接太空電梯運載艙和太空中空間站的關鍵部件。地球和宇宙空間站之間的距離非常遠，所以用于連接它們的纜繩不僅長度要非常長，對其的質(zhì)量的要求也很高，還需要用特殊材料制成。像一般電梯那樣用鋼鐵是不行的，鋼鐵密度大、自重大，達到一定長度后會由于自重斷裂。一旦太空電梯在運行過程中出現(xiàn)纜繩斷裂，后果不堪設想。所以建造太空電梯的纜繩需要使用一種比木頭輕、比鋼鐵硬，且有一定柔韌性的材料，因此碳納米管和超強石墨烯被認為是建造太空電梯纜繩的理想材料。不過以目前的科學技術水平，量產(chǎn)碳納米管比較困難，在技術層面還面臨諸多挑戰(zhàn)。

此外，還有近地軌道的氣候影響、遠地軌道的太空輻射以及太空垃圾撞擊等諸多問題需要考慮，由此可見，實際建造太空電梯的難度不小。

科技在不斷進步，許多科學家也在堅持研究太空電梯。或許在未來的某一天，人類真的可以乘坐電梯進入遙遠的太空。