太空電梯照進現(xiàn)實還有多遠

文｜黃馳涵

人們總是盼望著，在未來的某一天，能夠坐著“天梯”去太空。電影《流浪地球2》中的太空電梯給了我們希望。太空電梯有著精美、炫酷的視覺效果，尤其是它起飛和降落的場面，給觀眾帶來了巨大的視覺震撼。這樣一個宏偉的設想，在現(xiàn)實中真的能實現(xiàn)嗎？

太空電梯的歷史淵源

相信很多人都是在看到劉慈欣的著作《流浪地球》之后才知道太空電梯，然而，太空電梯的真實歷史要久遠得多。

早在1895年，著名的火箭專家和宇航先驅(qū)者康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基在參觀完巴黎的埃菲爾鐵塔之后，突發(fā)奇想：如果在地面上建立一座超高的鐵塔，直通地球同步軌道，內(nèi)設電梯，那么人類不就可以搭載電梯進入太空了嗎？

真正從技術(shù)角度描述了太空電梯問題的是科幻作家亞瑟·查理斯·克拉克。據(jù)英國《每日郵報》報道，亞瑟·查理斯·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》中曾描寫過關于太空電梯的構(gòu)想，人們可乘電梯去太空觀光并運送貨物。“如果空間的物體能夠保持與地面的相對靜止，那么為什么不能從這個物體上方架設一條纜索，用它把宇宙連結(jié)起來呢？”亞瑟·查理斯·克拉克曾這樣說，而太空電梯就是對亞瑟設想的一個完美呈現(xiàn)。

太空電梯的電影拍攝

“在地球的夜空中，移動的星星日益增多，那是人類在太空軌道上的大型建筑物。”這是劉慈欣小說《三體》中的內(nèi)容。“移動的星星”以火箭般的速度往來于太空與地球之間，它以這種優(yōu)雅而高效的方式替代了傳統(tǒng)的火箭發(fā)射，讓人類真正開啟對宇宙的探索與建設，它其實就是太空電梯。

電影《流浪地球2》中的太空電梯高聳入云，是當之無愧的通天塔，僅僅預告片中的驚鴻一現(xiàn)就相當驚艷，電影院中的觀影效果更讓觀眾大呼過癮。在航天科普界有一句戲言：“只要給發(fā)動機動力，板磚也能飛上天。”主創(chuàng)團隊也許是為了致敬這句話，把太空電梯的橋箱設計成了一個“大號板磚”。

在制作過程中，電影《流浪地球2》整個團隊都潛心于對太空電梯的體量感、重工業(yè)質(zhì)感以及現(xiàn)實基礎做精細的研究，盡最大可能讓觀眾感受到太空電梯的氣勢磅礴。制片人龔格爾表示，希望用盡量貼合現(xiàn)實的科學設計，讓觀眾盡可能相信這是可能實現(xiàn)的。美術(shù)指導郜昂更將太空電梯比作“宇宙級高速公路”，其恢弘震撼可見一斑。視效總監(jiān)徐建表示，影片中的太空電梯采用分段式動力推進：第一階段是發(fā)動機噴射，后一階段是通過磁力抓取，最終完成和空間站的對接。導演郭帆在談及太空電梯的拍攝過程時這樣說：“這么龐大的一個場景，要運動的話，底下就鋪滿了彈簧以及電機。當它開動起來就像拖拉機一樣，手都在震。”

太空電梯的建設難度

既然太空電梯那么方便，那為什么至今還沒有實現(xiàn)呢？最大的“攔路虎”其實是在它的纜繩材料選擇上。從地面到35 786千米高度的超長纜繩自重很大，綜合折算需要在地面重力下承受4 960千米長度自重的材料，這就需要極高抗拉強度和低密度的特種材料。目前可實現(xiàn)工程應用的抗拉強度最高的碳纖維材料，抗拉強度只有7吉帕斯卡左右，斷裂長度約數(shù)百千米，遠遠無法滿足太空電梯纜繩的需求。

2013年，清華大學魏飛教授團隊將生長每毫米長度碳納米管的催化劑活性概率提高到99.5%以上后，成功制備出了單根長度超過半米且具有完美結(jié)構(gòu)的碳納米管。2021年12月，中國、俄羅斯等國家科學家組成的國際研究小組在《科學》雜志撰文指出，使用一種插入電子顯微鏡的獨特工具，制造出了一種超微型晶體管，為太空電梯帶來了一線曙光。

然而在實際應用中仍然會碰到各種各樣的問題，比如在太陽風暴和地磁風暴發(fā)生時，會感應出足以燒毀設備的電涌，如何消弱這種電磁效應？太空中沒有空氣，太空電梯纜繩受到的太陽光輻射、電梯轎廂摩擦產(chǎn)生的熱量只能通過輻射散熱，如何避免過熱燒熔？意外事件突發(fā)時，比如太空垃圾碰撞、太空電梯卡住、轎廂墜落等，如何制定緊急逃生方案？從理論到工程實踐，太空電梯還有一個巨大的跨度。

盡管有許多問題亟待解決，但是向往著遙遠星空的我們并不會畏懼。太空電梯的出現(xiàn)，必將改寫整個人類的文明史，把整個文明史割裂為兩半。一半是嬰幼兒期，活在搖籃里；另一半是成長期，離開搖籃，走向無限的世界。

太空電梯什么時候能建成呢？“大概在大家不再笑話它的50年后吧。”