人類能搭乘電梯進(jìn)入太空嗎

在科幻電影《流浪地球2》中，噴出沖天藍(lán)光的行星發(fā)動(dòng)機(jī)、無所不知的智能量子計(jì)算機(jī)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(jìn)入太空。人類在掌握火箭技術(shù)的情況下為何還會(huì)有太空電梯的設(shè)想？未來，人類真的能實(shí)現(xiàn)搭乘電梯進(jìn)入太空的設(shè)想嗎？目前又遇到了什么樣的技術(shù)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(shù)和平利用（健康）國(guó)際研討會(huì)上，國(guó)際太空電梯聯(lián)盟主席、國(guó)際宇航科學(xué)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(chǔ)設(shè)施，可將物資和人員運(yùn)到太空，成為進(jìn)入太空的新通道。“相比用火箭運(yùn)輸，太空電梯更環(huán)保、成本更低、重復(fù)使用率更高。”斯旺說。

目前，人類主要依賴的太空運(yùn)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(yùn)輸成本。而太空電梯的運(yùn)輸成本相對(duì)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(dá)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(jìn)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(xùn)練的普通人，乃至一些無法承受高加速度的科學(xué)儀器都有可能通過太空電梯進(jìn)入太空。

星際旅行備受期待，所以太空電梯還具有獨(dú)特的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，但火箭發(fā)射技術(shù)并不會(huì)因此被拋棄?；鸺乃俣缺忍针娞莸乃俣雀?，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(yùn)飛機(jī)。所以還有人提出“太空電梯+火箭”的運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。

斯旺介紹：“根據(jù)目前的設(shè)計(jì)，太空電梯的轎廂重約20噸，攀爬速度約為每小時(shí)200公里。未來，隨著纜繩的加長(zhǎng)、轎廂攀爬速度的加快，預(yù)計(jì)8天可到達(dá)地球同步軌道，14天可到達(dá)月球，61天可到達(dá)火星?！?/p>

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(rèn)識(shí)太空電梯，但事實(shí)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(yù)為“航天之父”的俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基就提議在地面上建設(shè)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(shè)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(shù)限制，從地面一直往天穹建設(shè)高塔電梯的想法很難實(shí)現(xiàn)，但這個(gè)在當(dāng)時(shí)聽起來有些天馬行空的設(shè)想，卻為今后的無數(shù)科學(xué)家?guī)砹遂`感。

建造太空電梯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是搭建運(yùn)行軌道。既然從地面向上建造一座高塔作為電梯的運(yùn)行軌道的想法不現(xiàn)實(shí)，那么能不能反其道而行之？后來，科學(xué)家提出像扔?xùn)|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(shí)，纜繩會(huì)產(chǎn)生向上的離心力，地球的重力也會(huì)將纜繩往下拉，纜繩在兩個(gè)力的作用下繃緊，太空電梯的運(yùn)行軌道就搭建好了。這樣，長(zhǎng)長(zhǎng)的纜繩懸在天地之間，搭載人或貨物的運(yùn)載艙就可以沿著纜繩上下移動(dòng)，往返于空間站和地面的基座之間。這個(gè)思路讓太空電梯的設(shè)想顯得不那么鏡花水月，如今的太空電梯計(jì)劃也都是基于這個(gè)思路展開的。

太空電梯實(shí)現(xiàn)需要時(shí)間

目前，許多國(guó)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(guó)科學(xué)家的一大難題?！白詈诵牡膯栴}是要找到合適的材料做太空電梯的纜繩?！遍L(zhǎng)期研究新型材料的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)副研究員管慶方認(rèn)為。纜繩是連接太空電梯運(yùn)載艙和太空中空間站的關(guān)鍵部件。地球和宇宙空間站之間的距離非常遠(yuǎn)，所以用于連接它們的纜繩不僅長(zhǎng)度要非常長(zhǎng)，對(duì)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(dá)到一定長(zhǎng)度后會(huì)由于自重?cái)嗔?。一旦太空電梯在運(yùn)行過程中出現(xiàn)纜繩斷裂，后果不堪設(shè)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(qiáng)石墨烯被認(rèn)為是建造太空電梯纜繩的理想材料。不過以目前的科學(xué)技術(shù)水平，量產(chǎn)碳納米管比較困難，在技術(shù)層面還面臨諸多挑戰(zhàn)。

此外，還有近地軌道的氣候影響、遠(yuǎn)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(shí)際建造太空電梯的難度不小。

科技在不斷進(jìn)步，許多科學(xué)家也在堅(jiān)持研究太空電梯?；蛟S在未來的某一天，人類真的可以乘坐電梯進(jìn)入遙遠(yuǎn)的太空。