月球太空電梯有望先問(wèn)世。

　　建在海上的太空電梯（示意圖）。

　　乘太空電梯登天（示意圖）。

　　新聞背景

　　最近，由美國(guó)航空航天局前工程師邁克爾-萊恩創(chuàng)辦的電梯港集團(tuán)公司宣稱(chēng)，由于在月球上建太空電梯比在地球上建更容易，所以該公司可用現(xiàn)有技術(shù)在月球上建造一座太空電梯，并表示這一想法能在8年內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。

　　十九世紀(jì)末就提出幻想

　　現(xiàn)在進(jìn)入太空的主要工具是運(yùn)載火箭，它是通過(guò)消耗大量燃料來(lái)擺脫地球引力的。目前的運(yùn)載火箭所攜帶的燃料要占到火箭總重量的90％以上，它每運(yùn)送1千克有效載荷上天平均需耗資約1萬(wàn)美元。而太空電梯雖然造價(jià)昂貴，但不需要?jiǎng)佑么罅咳剂?，因此建成之后的運(yùn)行費(fèi)用比運(yùn)載火箭低兩個(gè)量級(jí)，且可像高速公路一樣24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，將航天器、有關(guān)貨物和旅游者等帶到太空去。

　　用一根粗大的吊索，一端固定在位于地球赤道的平臺(tái)上，另一端緊緊抓住距地面約3.6萬(wàn)千米、與地球同步運(yùn)行的航天器上，就可使一個(gè)形似電梯的吊箱載著貨物沿吊索駛向太空……這就是一些國(guó)家研究人員正在嘗試設(shè)計(jì)的太空電梯。它似乎是科學(xué)幻想，然而在科技高速發(fā)展的今天，該夢(mèng)想很有可能變成現(xiàn)實(shí)。

　　太空電梯的概念早在1895年就由俄國(guó)科學(xué)家、航天學(xué)之父齊奧爾科夫斯基提出。此后，俄國(guó)早期太空預(yù)言家塔斯安德?tīng)栆蔡岢鲈诘厍蚺c月球之間搭建一個(gè)太空電梯。1979年，著名科幻大師克拉克在其小說(shuō)《天堂噴泉》再次提出太空電梯的概念，并引起廣泛注意。

　　2003年9月15日在美國(guó)圣達(dá)菲召開(kāi)的研討會(huì)上，俄羅斯和美國(guó)70多位科學(xué)家和工程師們對(duì)太空電梯進(jìn)行了討論，最終一致認(rèn)為它將在21世紀(jì)內(nèi)變成現(xiàn)實(shí)。近些年，這個(gè)曾被視為科學(xué)幻想的革命性工程在一些相關(guān)技術(shù)上有了較大進(jìn)展，并出臺(tái)了多種方案。

　　太空電梯還能在建造空間太陽(yáng)能站中發(fā)揮重要作用。隨著地球人對(duì)能源需求的不斷增加，空間太陽(yáng)能站有可能成為最具吸引力的獲取能源的方式。不過(guò)，用火箭發(fā)射空間太陽(yáng)能電站時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而且要求有效載荷必須能夠承受發(fā)射時(shí)的壓力，所以用傳統(tǒng)發(fā)射方式并不適合把大量易碎的太陽(yáng)能電池板送入軌道,而太空電梯則不存在這些問(wèn)題。

　　難點(diǎn)在制造高強(qiáng)度纜索

　　太空電梯的原理并不復(fù)雜，基本上就是一條長(zhǎng)長(zhǎng)的纜繩一端固定在地球上，另一端固定在地球同步軌道的平衡物(如大型衛(wèi)星或空間站)上。在引力和向心加速度的相互作用下，纜繩被繃緊，太空電梯將利用太陽(yáng)能或激光能沿纜繩上下運(yùn)動(dòng)。

　　首先，要在大洋中建造一個(gè)漂浮的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)要位于一個(gè)暴風(fēng)雨、閃電和巨浪較少的海域，還要遠(yuǎn)離飛機(jī)的航線(xiàn)和衛(wèi)星的軌道。太空電梯必須能防雷擊，否則它將容易被斬?cái)?。?jù)設(shè)計(jì)，太空電梯將重達(dá)20噸，整個(gè)外形很像一個(gè)圓球下面系一根長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)千米纜索來(lái)充當(dāng)太空電梯上下的軌道。

　　將履帶軌道固定在纜繩的兩端，并且依靠從地面發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換成的電能作為動(dòng)力加以推動(dòng)。它將建造成為管狀的通道，沿軌道來(lái)回運(yùn)行時(shí)，可以將航天器、各種貨物和乘客帶入太空。

　　簡(jiǎn)言之，要先發(fā)射卷有纜索的衛(wèi)星或空間站，讓纜索的一端借助重物墜回地面，最終與地球上的平臺(tái)相連接，同時(shí)，另一端在位于外太空的衛(wèi)星或空間站上展開(kāi)。地球自轉(zhuǎn)時(shí)，太空電梯纜索就會(huì)產(chǎn)生向上的離心力，而地球的重力將纜索往下拉，這樣纜索就平衡了。

　　乘人的太空電梯是加壓的密封艙。如要發(fā)射衛(wèi)星，當(dāng)衛(wèi)星由太空電梯送到地球靜止軌道高度時(shí)，自然就獲得了沿靜止軌道運(yùn)行所需要的速度3.08千米/秒，而不需要另外加速就成為地球靜止衛(wèi)星。發(fā)射低軌道衛(wèi)星時(shí)可使衛(wèi)星沿太空電梯上升，到達(dá)預(yù)定高度時(shí)就離開(kāi)太空電梯。這時(shí)衛(wèi)星已經(jīng)獲得一定的切向速度，再補(bǔ)充一定速度就行了。如果加大補(bǔ)充速度，就可以使衛(wèi)星脫離地球，飛向行星際空間。

　　目前，俄羅斯、美國(guó)和日本等國(guó)都在研制太空電梯。建造太空電梯的最大障礙來(lái)自纜索的建造。它必須非常輕和極其牢固，并能夠經(jīng)受住大氣層內(nèi)外向它襲來(lái)的任何物體的撞擊。從理論上計(jì)算，制作纜索的材料強(qiáng)度必須達(dá)到鋼鐵的約180倍。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家不斷開(kāi)發(fā)出質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的碳納米管纖維材料，現(xiàn)有的此類(lèi)纖維材料強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了所需強(qiáng)度的約1/4，這使修建太空電梯逐漸成為可能。

　　月球引力小更易建太空電梯

　　美國(guó)科學(xué)家皮爾遜大膽設(shè)想，制定了一個(gè)月球太空電梯方案：在運(yùn)行于月球太空軌道上的同步衛(wèi)星和月球表面間建立一個(gè)“升降機(jī)”，“升降機(jī)”由人造復(fù)合纖維纜繩拴住，衛(wèi)星則好像飛翔在太空中的風(fēng)箏。皮爾遜認(rèn)為這一設(shè)想在理論上是可行的，因?yàn)樵虑蛞χ挥械厍虻?/6，依靠目前科技水平制造的合成纖維纜繩已經(jīng)足夠滿(mǎn)足承擔(dān)運(yùn)輸工作的強(qiáng)度要求。與此同時(shí)，在月球周?chē)膊淮嬖趶U棄的火箭推進(jìn)器、衛(wèi)星以及其它太空垃圾所帶來(lái)的危險(xiǎn)，又使這一計(jì)劃免除一項(xiàng)后顧之憂(yōu)。

　　也許有人會(huì)覺(jué)得皮爾遜的想法過(guò)于瘋狂，但美國(guó)航空航天局的先進(jìn)概念研究所卻不這么認(rèn)為。這家獨(dú)立機(jī)構(gòu)2004年就資助皮爾遜7.5萬(wàn)美元用于設(shè)計(jì)其月球太空電梯。

　　現(xiàn)在，美國(guó)電梯港集團(tuán)公司又提出月球太空電梯的實(shí)際方案：建造從月球上空5萬(wàn)千米處垂向月球表面的月球太空電梯，因?yàn)樵虑虻囊π?，并且月球上基本沒(méi)有空氣，所以可以大大降低對(duì)纜繩強(qiáng)度的要求，只需使用一種名叫 “柴隆”（Zylon）的高強(qiáng)度、高耐熱性復(fù)合纖維，就能實(shí)現(xiàn)打造月球太空電梯的夢(mèng)想。

　　制造月球太空電梯的材料比制造地球太空電梯要輕許多，其纜繩的一端固定在月球表面某個(gè)面朝地球的地點(diǎn)。不過(guò)，月球太空電梯較小，只能運(yùn)輸200～250千克的貨物。但如果用它來(lái)采集和運(yùn)輸月球礦石標(biāo)本，已經(jīng)足夠了，這將使月球采礦和運(yùn)回地球的成本大大降低。

　　建成后的月球太空電梯還可以與地球太空電梯連成一體，將來(lái)有一天，人類(lèi)只需經(jīng)過(guò)幾次換乘，就可以乘坐太空電梯從地球抵達(dá)月球了。

　　仍有很多工程難題需克服

　　目前，研制太空電梯最大的挑戰(zhàn)是能否以較低成本大規(guī)模生產(chǎn)出納米碳管，因?yàn)榧{米碳管現(xiàn)在還只是毫米級(jí)制品，距實(shí)用差距甚遠(yuǎn)。從理論上說(shuō)，如果用納米碳管這種材料造出直徑1毫米的碳納米繩，該納米繩就可以承載60噸的重量；而一根1米寬、像紙一樣薄的碳納米纜繩的強(qiáng)度，就足以支撐起一架太空電梯。然而迄今為止，科學(xué)家仍然無(wú)法用納米碳管編織出長(zhǎng)長(zhǎng)的纜繩。此外，每克納米碳管就價(jià)值500美元，要制造出一條10萬(wàn)千米長(zhǎng)的碳納米纜繩就十分昂貴了。

　　另外，向太空發(fā)射各種電梯建設(shè)材料花費(fèi)巨大，且如果太空電梯因嚴(yán)重事故崩塌，損失驚人。

　　還有，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)向太空電梯施加壓力時(shí)，來(lái)自月球和太陽(yáng)的重力作用將使繩索變得搖擺不定。這將有可能使太空電梯搖擺造成太空交通障礙，太空電梯也可能會(huì)碰撞上人造衛(wèi)星或者太空垃圾殘骸，這樣的碰撞將導(dǎo)致繩索斷裂或太空電梯失事。為此，太空電梯必須在內(nèi)部建造推進(jìn)器，以穩(wěn)定太空電梯致命的搖擺振動(dòng)，但這又將增加電梯建造的難度和建造維護(hù)成本。