埃隆·馬斯克是公認(rèn)的很有遠(yuǎn)見(jiàn)的工程師，他是私人太空旅行的先驅(qū)，超級(jí)高鐵概念的提出者（ps.超級(jí)高鐵：在金屬管道中僅用35分鐘就能把人從洛杉磯發(fā)射到舊金山）。但仍有一些新概念，就連他都認(rèn)為是天方夜譚，太空電梯就是其中之一。
“這是極其復(fù)雜的，我不認(rèn)為太空電梯的構(gòu)想能實(shí)現(xiàn)”，埃隆·馬斯克去年八月在麻省理工的一次研討會(huì)上說(shuō)，他表示建一座從洛杉磯到東京的大橋都比太空電梯容易。
在地球自轉(zhuǎn)下，用航天艙沿著巨大的纜繩把人和貨物送入太空，這通常是科幻小說(shuō)里的情節(jié)，但我們從沒(méi)想過(guò)這會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，我們真的能實(shí)現(xiàn)太空電梯嗎？
根據(jù)之前的調(diào)查，太空電梯的擁護(hù)者們不認(rèn)為這是在開(kāi)玩笑，他們認(rèn)為化學(xué)火箭只是一種過(guò)時(shí)的、危險(xiǎn)的、對(duì)環(huán)境有害的過(guò)度品，他們提出了替代的方法——通向太空的軌道：一條強(qiáng)度極高的纜繩，一端固定在地球表面，另一端連接在一個(gè)在地球同步軌道上運(yùn)行的配重物上，電力驅(qū)動(dòng)的飛船沿著這個(gè)軌道駛向太空。根據(jù)國(guó)際宇航學(xué)會(huì)（IAA）最近的報(bào)告，這種電梯一旦建成，向太空中運(yùn)送貨物的成本將減至$500每千克，而目前的成本約為$20000每千克。
“這項(xiàng)驚人的技術(shù)能讓太陽(yáng)系對(duì)我們?nèi)祟悘氐组_(kāi)放”，國(guó)際太空電梯聯(lián)盟總裁兼IAA報(bào)告第一作者PeterSwan說(shuō)，“最初我們會(huì)建造幾個(gè)不載人的實(shí)驗(yàn)品，之后大概10到15年，我們將會(huì)擁有6到8個(gè)安全的可載人的太空電梯”
追根溯源
不幸的是，這種軌道不僅需要長(zhǎng)達(dá)100000千米——比地球周長(zhǎng)的兩倍還要長(zhǎng)，還要承受軌道自身的重量。顯然，地球上沒(méi)有材料能滿足這些要求。
但仍然有一些科學(xué)家認(rèn)為太空電梯是可行的，而且在21世紀(jì)就能實(shí)現(xiàn)。一家日本建筑公司聲稱計(jì)劃在2050年前建成一座這樣的太空電梯；一些美國(guó)科研人員最近發(fā)明了一種類金剛石納米材料，他們相信這種材料的強(qiáng)度足夠高，能讓我們?cè)谟猩暌?jiàn)到真的太空電梯。
太空電梯的設(shè)想可以追溯到1895年，俄羅斯教師Konstantin Tsiolkovsky受到當(dāng)時(shí)剛建成的巴黎埃菲爾鐵塔的啟發(fā)，開(kāi)始思考如何修建一座通往太空的塔，從而不用火箭就可以把飛船送入太空。科學(xué)小說(shuō)家Arthur C Clarke 1979年寫(xiě)的《The Fountains of Paradise》一書(shū)更加激發(fā)了人們對(duì)太空電梯的興趣，書(shū)中的主人公修建了一座太空電梯，這座太空電梯與我們現(xiàn)如今提出的設(shè)計(jì)很相似。
但如何把太空電梯變成現(xiàn)實(shí)？“我喜歡這個(gè)別出心裁的創(chuàng)意”，倫敦大學(xué)學(xué)院高度、空間和極端環(huán)境醫(yī)學(xué)中心的創(chuàng)始人KevinFong說(shuō)，“我能理解人們?yōu)槭裁幢惶针娞莸母拍钗驗(yàn)槿绻覀兛梢园踩⒈阋说倪M(jìn)入太空，整個(gè)太陽(yáng)系就會(huì)成為我們的囊中之物”。
安全問(wèn)題
最大的挑戰(zhàn)是如何建造。“首先，我們需要一種韌性足夠強(qiáng)，質(zhì)量、密度特性恰到好處的材料，從而可以承受巨大的拉力，但符合這些的材料現(xiàn)在還不存在”，F(xiàn)ong說(shuō)，“我想實(shí)現(xiàn)太空電梯將是我們?nèi)祟愄剿魈者M(jìn)程中最困難的一步”。
而且目前仍存在安全問(wèn)題，他接著說(shuō)，“就算我們能克服建造過(guò)程中的困難，試想建成后，太空車沿著這么長(zhǎng)的軌道行駛，還要提防被太空碎片擊中，這太恐怖了”。
在過(guò)去的12年里，有三種太空電梯的概念設(shè)計(jì)。第一個(gè)是由Brad Edwards和Eric Westling在他們2003年的著作《Space Elevators》中提出的，他們?cè)O(shè)想用地基激光驅(qū)動(dòng)電梯，可攜帶20噸貨物，運(yùn)輸成本為$150每千克，而建造成本約為60億美元（39億英鎊）。
從這種思路出發(fā)，IAA在2013年設(shè)計(jì)了一種太空電梯，在最初的40千米給飛船周全的護(hù)送，之后的路程中飛船將利用太陽(yáng)能繼續(xù)行駛，運(yùn)送每千克貨物花費(fèi)$500，初期投資約為130億美元（85億英鎊）。
對(duì)于在太空中，纜繩另一端，維持纜繩繃緊的配重物的選擇，最初提案之一是俘虜一顆小行星。IAA的報(bào)告稱，未來(lái)這可能是一種選擇，但目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
浮錨
IAA報(bào)告的作者們還表示，配重物必須耐輻射，能抵御來(lái)自流星的傷害和溫度波動(dòng)等。
他們同時(shí)提議地球端的錨點(diǎn)應(yīng)該是一個(gè)有油輪或航空母艦大小的浮動(dòng)平臺(tái)，應(yīng)該設(shè)置在赤道附近，因?yàn)檫@樣可以讓承載能力最大化。他們推薦的地點(diǎn)是加拉帕戈斯群島以西1000千米的地方，因?yàn)槟抢锖苌儆信_(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)等極端天氣。
日本五大建筑公司之一的大林組株式會(huì)社，去年聲稱計(jì)劃建造一個(gè)更驚人的太空電梯，磁懸浮驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)車行駛在軌道上，跟高速鐵路很相似，這種設(shè)計(jì)將需要更高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。根據(jù)他們的設(shè)計(jì)，建造需要花費(fèi)1000億美元，但可以把運(yùn)輸成本降至$50-$100每千克。
毫無(wú)疑問(wèn)，想要建成太空電梯，還有很多問(wèn)題需要解決，如今唯一無(wú)法實(shí)現(xiàn)的大概就是纜繩本身，Swan說(shuō)。
“找到制作纜繩的材料是目前的主要挑戰(zhàn)，”他說(shuō)，“其他的的都是小菜一碟，我們現(xiàn)在都能實(shí)現(xiàn)”。
金剛石纜繩
目前最有希望符合纜繩要求的材料是人造碳納米管（CNTs），抗張強(qiáng)度為63吉帕斯卡（GPa），約為最堅(jiān)固的鋼的13倍。
自從1991年人類發(fā)明了人造碳納米管，它的最大長(zhǎng)度一直在穩(wěn)步增加。2013年中國(guó)研究人員稱制成了半米長(zhǎng)的人造碳納米管，IAA報(bào)告的作者們預(yù)言，2022年前長(zhǎng)達(dá)一千米的人造碳納米管將會(huì)問(wèn)世；截至21世紀(jì)30年代，人造碳納米管的最大長(zhǎng)度就能滿足太空電梯的要求。
與此同時(shí)，今年九月出現(xiàn)了一種有希望與人造碳納米管抗衡的材料，賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)教授JohnBadding帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在《Nature Materials》期刊發(fā)表的論文稱，他們創(chuàng)造出了一種超薄的新材料“diamond nanothreads”（金剛石纜繩,一種由鉆石構(gòu)成的納米級(jí)材料），比人造碳納米管強(qiáng)度還要高。
他的團(tuán)隊(duì)把苯壓縮到200000倍大氣壓，然后緩慢釋放壓力，這時(shí)原子開(kāi)始重新排列，形成一種新的、高度有序的類金字塔型結(jié)構(gòu)。
這些“小金字塔”連接在一起形成了一種超薄的螺旋結(jié)構(gòu)，由于尺寸原因，我們無(wú)法直接測(cè)量它的強(qiáng)度，但理論計(jì)算表明，它比迄今為止最硬、最結(jié)實(shí)的合成材料強(qiáng)度還要高。
控制風(fēng)險(xiǎn)
“科學(xué)表明，金剛石纜繩 和人造碳納米管的強(qiáng)度足夠滿足太空電梯的要求，唯一的問(wèn)題是如何把他們做的足夠長(zhǎng)”，Badding說(shuō)。
如果材料的強(qiáng)度足夠，把太空電梯組裝起來(lái)就成了首要問(wèn)題。當(dāng)然還有些其他令人頭疼的問(wèn)題，比如：安全問(wèn)題、資金問(wèn)題、利益沖突等。
“當(dāng)然還有一些困難，比如修建橫貫大陸、巴拿馬、蘇伊士運(yùn)河等的鐵路”，他說(shuō)，“這需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和金錢(qián)，但人類團(tuán)結(jié)起來(lái)，問(wèn)題都會(huì)解決，風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)逐步降低”。
即使是一向?qū)μ针娞莩窒麡O態(tài)度的馬斯克，也不敢全盤(pán)否定太空電梯。“我認(rèn)為太空電梯目前還沒(méi)什么意義，但我更希望有人能證明我是錯(cuò)的”，他在去年的MIT研討會(huì)上說(shuō)。
