“太空電梯”能實(shí)現(xiàn)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(jí)高速公路”。那么，人類未來能用坐電梯的方式輕松抵達(dá)太空嗎？

在春節(jié)檔電影《流浪地球2》中，“太空電梯”等多項(xiàng)科學(xué)設(shè)定，打開了不少人對(duì)于未來科學(xué)的想象空間。那么，人類未來能用坐電梯的方式輕松抵達(dá)太空嗎？

“太空電梯”設(shè)想

在片中，開場(chǎng)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(jí)高速公路”。按照電影的設(shè)定，乘坐“太空電梯”會(huì)承受9G 的重力，乘坐人員必須穿上抗荷服，乘坐時(shí)可能會(huì)發(fā)生嘔吐、昏睡的情況。

影片科學(xué)顧問、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)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(gè)受力問題，需要三個(gè)方面參與——地球、頂端配重和纜繩?？梢园阉醋魇堑厍虻囊粭l長(zhǎng)辮子，地球自轉(zhuǎn)、纜繩和頂端配重同步運(yùn)行，纜繩相當(dāng)于拴住了地球和配重，并和萬(wàn)有引力共同為配重提供向心力，使得彼此不脫離。

乘電梯進(jìn)太空這個(gè)想法并不新奇。早在1895 年，俄羅斯火箭專家與航天先驅(qū)齊·奧爾科夫斯基在參觀法國(guó)巴黎的埃菲爾鐵塔時(shí)，就受到鐵塔建設(shè)的啟發(fā)，提出在地面上建設(shè)一座直抵地球同步軌道的超高型鐵塔，以架設(shè)電梯的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)入外層空間，這是“太空電梯”的濫觴。不過，在經(jīng)過一系列計(jì)算后，他認(rèn)為建設(shè)這樣一座超高型鐵塔是不可能實(shí)現(xiàn)的。

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

中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員梁文杰表示，“太空電梯”的設(shè)想從提出到現(xiàn)在已經(jīng)100多年，之所以一直沒有實(shí)現(xiàn)，最主要的障礙是材料。“太空電梯”必須處于三萬(wàn)六千公里的高空同步軌道，才能實(shí)現(xiàn)和地球一起轉(zhuǎn)，但能夠拉起三萬(wàn)六千公里的纜索所用的材料強(qiáng)度要達(dá)到鋼鐵的60 倍，沒有任何一個(gè)材料能達(dá)到該要求。

人類是否能成功建造“太空電梯”

20 世紀(jì)90 年代以來，材料科學(xué)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(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。這種強(qiáng)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(qiáng)度最高的材料之一，碳納米管拉伸強(qiáng)度高達(dá)100GPa,單位質(zhì)量的拉伸強(qiáng)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(huán)境下失去活性，這就導(dǎo)致碳納米管的長(zhǎng)度受到很大限制。

近年來，我國(guó)在碳納米管研究方面取得了重大突破。清華大學(xué)在世界上首次報(bào)道了接近單根碳納米管理論強(qiáng)度的超長(zhǎng)碳納米管管束，只需1 立方厘米納米碳管制造的超強(qiáng)纖維，就能承受超過800 噸的重量，而其重量?jī)H僅只有1.6 克重。目前，研究團(tuán)隊(duì)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(jí)以上長(zhǎng)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(yùn)輸人員與物資的震撼場(chǎng)面，或許離我們并不遙遠(yuǎn)了。