建造在太平洋中某個(gè)地點(diǎn)的高達(dá)２５公里的電梯塔（電腦設(shè)計(jì)圖）

太空電梯運(yùn)作的模擬圖
100億美元打造通天之梯

　　自從前蘇聯(lián)宇航員加加林第一次遨游太空開(kāi)啟了太空時(shí)代以來(lái)，那些向往更廣闊的宇宙空間的科學(xué)家們就無(wú)時(shí)無(wú)刻不在夢(mèng)想著創(chuàng)造更加便捷的方式，讓人類能夠方便地往來(lái)于地球和太空之間。目前，傳統(tǒng)的依靠火箭發(fā)射和航天飛機(jī)往返太空的方式由于其巨大的成本使人類不能夠大規(guī)模地對(duì)空間進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而且也只能使極少數(shù)的人能夠到太空走上一遭，但是這種狀況將在本世紀(jì)內(nèi)得到改觀。

　　9月16日在美國(guó)新墨西哥州首府圣達(dá)菲召開(kāi)的研討會(huì)上，70多位科學(xué)家和工程師們就登上太空的更為方便和經(jīng)濟(jì)的方法——太空電梯的建造進(jìn)行了更為深入的討論。在為期兩天的討論中，科學(xué)家們致力于將一個(gè)夢(mèng)想在一個(gè)世紀(jì)或者十多年內(nèi)變成現(xiàn)實(shí)，即建造太空電梯，它能夠用來(lái)發(fā)射人造衛(wèi)星和宇宙飛船，甚至能沿著數(shù)萬(wàn)公里長(zhǎng)的垂直軌道將人類方便地送上太空。

　　這聽(tīng)起來(lái)更像科幻小說(shuō)而非科學(xué)計(jì)劃，事實(shí)上當(dāng)美國(guó)物理學(xué)家皮爾森1970年提出太空電梯的概念時(shí)，人們對(duì)他的建議就是“改行寫(xiě)科幻小說(shuō)去吧”。太空電梯的夢(mèng)想最早見(jiàn)諸于書(shū)面是科幻小說(shuō)家阿瑟·C·克拉克1979年創(chuàng)作的《天堂之泉》，當(dāng)然，最初公眾的反應(yīng)也只是一笑置之，當(dāng)年克拉克接受采訪時(shí)頗為不滿地表示，只有當(dāng)大家不再嘲笑時(shí)，建造太空電梯才有現(xiàn)實(shí)可能，他據(jù)此預(yù)測(cè)，大概要50年后大家才會(huì)認(rèn)真對(duì)待這一概念。三十幾年來(lái)，建造太空電梯的想法一直徘徊在科學(xué)推論和科幻小說(shuō)之間，不過(guò)四年前的一次科學(xué)家聚會(huì)讓人類第一次認(rèn)真地思考如何將這個(gè)幻想變成現(xiàn)實(shí)。1999年，一群來(lái)自頂尖的工程學(xué)院和從事空間研究的公司的科學(xué)家以及美國(guó)宇航局的專家在美國(guó)馬歇爾飛行中心召開(kāi)研討會(huì)，討論建造太空電梯將會(huì)遇到的種種難題，而他們得出的結(jié)論是：建造太空電梯在理論上是可行的，人類將會(huì)在21世紀(jì)的后半葉實(shí)現(xiàn)通過(guò)電梯向太空中輸送人員和物資的目標(biāo)，屆時(shí)的太空電梯將會(huì)象人類現(xiàn)存的公路、鐵路、電纜和管道一樣，為人類打開(kāi)通向太空的方便之門(mén)。這次會(huì)議之后，從事空間研究的科學(xué)家組成了松散的科研聯(lián)盟，與太空電梯有關(guān)的研究項(xiàng)目也迅速展開(kāi)了。

　　近來(lái)，工程師們指出，在材料科學(xué)方面的進(jìn)步尤其是碳納米管的發(fā)展意味著太空電梯這樣的設(shè)備開(kāi)始獲得廣泛的關(guān)注，同時(shí)就意味著克拉克的小說(shuō)不再是純粹的科幻小說(shuō)。另外，美國(guó)國(guó)家航空和航天局也不再對(duì)這一科學(xué)幻想進(jìn)行嘲笑，他們目前正把數(shù)百萬(wàn)美元投入到這一開(kāi)發(fā)工程上。

　　一步登天有理有據(jù)

　　科學(xué)家已經(jīng)從理論上排除建造太空電梯的難題，只要有合理的結(jié)構(gòu)和合適的材料，人類暢游太空將更加容易。

　　太空電梯的核心部分是一條距離地球的表面將近十萬(wàn)公里長(zhǎng)的纜繩。靠近地球的一端將被固定在可能位于太平洋中部某個(gè)地方的基座上，而另一端將連接到一個(gè)在太空中圍繞地球進(jìn)行同步軌道運(yùn)行(與地球的位置保持恒定不變)的小行星上，而小行星以及纜繩本身所具備的動(dòng)力將能夠使纜繩繃緊，以便電梯艙或者運(yùn)輸車等運(yùn)載工具能夠上下穿梭。在纜繩距離地球約3．6萬(wàn)公里的位置，物體就能夠脫離地球的引力，進(jìn)入到完全失重的環(huán)境。其后，物體可以被“彈射”進(jìn)入太空軌道。

　　要想建造這種太空電梯，就必須把一個(gè)與地球同步旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星放置在承載盤(pán)成圈狀的纜繩的軌道上，然后把纜繩重的那一端扔向地球，同時(shí)另一端在太空中展開(kāi)。而電梯艙就能夠從地面上爬上纜繩，把人造衛(wèi)星、空間探測(cè)器甚至太空觀光者從一端送到另一端。剛開(kāi)始用來(lái)發(fā)送纜繩的人造衛(wèi)星應(yīng)該能夠提供足夠的張力，以便第一批運(yùn)載工具可以順利到達(dá)太空。這些升降機(jī)能夠?qū)⒙膸к壍拦潭ㄔ诶|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)。

　　關(guān)于建造太空電梯在技術(shù)上的可行性，美國(guó)宇航局負(fù)責(zé)從事先進(jìn)太空飛行技術(shù)理論研究的科學(xué)家史密斯曼說(shuō)，最大的難題在于：物體要在距離地球3．5萬(wàn)公里的位置才能完全擺脫地球的引力作用，因此電梯塔的最低高度也要在3．6萬(wàn)公里，這么大的高度導(dǎo)致電梯塔自身的重量成為巨大的負(fù)擔(dān)，要想使它穩(wěn)穩(wěn)地“站”在地球上，基座的大小就要占據(jù)一半的地球表面，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。另外，建造材料的選擇也是個(gè)難題：直立鋼結(jié)構(gòu)的高度達(dá)到將近5公里時(shí)就會(huì)被自身的重量壓垮，鋁最多可以達(dá)到15公里，而目前人類所掌握的最輕的材料環(huán)氧碳合物和環(huán)氧硼合物所能達(dá)到的高度也不過(guò)是120公里左右，即便是人類成功研制出目前所能研制的最先進(jìn)材料，達(dá)到的高度也距離要求甚遠(yuǎn)。

　　從事高強(qiáng)度材料應(yīng)用研究的科學(xué)家都明白一個(gè)原則：物質(zhì)的抗拉伸能力遠(yuǎn)大于抗壓能力，人類目前研制出的最能抗拉伸的材料是環(huán)氧石墨多晶體，(在懸掛狀態(tài)下)它能夠承受自身重量的長(zhǎng)度是184公里，因此，如果太空電梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，電梯塔自身所受壓力可被轉(zhuǎn)化為拉力。

　　美國(guó)宇航局的蘭蒂斯曾建議把電梯塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成重量輕內(nèi)部空的密封結(jié)構(gòu)，使它本身如同具有浮力的氣球，這樣電梯塔就可以由抗壓結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為抗拉結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)可以使它的高度達(dá)到3000公里。不過(guò)這個(gè)高度距離要求依然很遠(yuǎn)，而且在建造過(guò)程中，如何處理結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的連接是個(gè)大問(wèn)題，因此，史密斯曼推論說(shuō)，將來(lái)理想的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是高塔與密封抗拉結(jié)構(gòu)的結(jié)合體。

　　這樣的結(jié)構(gòu)與科幻愛(ài)好者所幻想的太空電梯有很大的不同，他們心目中的太空電梯就是如同前文中所描述的依靠小行星提供平衡的纜繩，但是科學(xué)家們計(jì)算的結(jié)果表明，這樣的結(jié)構(gòu)同樣遇到材料選擇的難題。纜繩的材料要求同樣是既結(jié)實(shí)又足夠輕，此外還要具有一定的柔韌度以避開(kāi)太空垃圾或者太空漂浮物的撞擊，這就是碳納米管發(fā)揮作用的時(shí)候了。碳納米管是一些極其微小而且纖細(xì)的真空管，它們像鉆石一樣堅(jiān)硬但柔韌度足以使其被制成纖維。在理論上，大約一米寬的像紙一樣薄的納米管就可以支持太空電梯的重量。然而沒(méi)有一個(gè)科學(xué)家能成功地制造出這種纖維。不過(guò)，來(lái)自肯塔基大學(xué)的納米管專家羅德尼·安德魯指出，如果有關(guān)如何連接納米管和在他們之間轉(zhuǎn)移或卸載以形成復(fù)合材料的基礎(chǔ)科學(xué)沒(méi)有取得突破的話，那么科學(xué)家就需要尋找新的合適的材料。另外，材料自身抗拉伸能力使得軌道索連接在地球一端的粗細(xì)不大于手指頭，而在脫離地球引力的部分，其直徑大小不在是什么問(wèn)題，可以是幾米，也可以是幾公里。

　　史密斯曼在總結(jié)這些結(jié)論時(shí)說(shuō)，只要有合適的材料和合理的結(jié)構(gòu)，建造太空電梯并非遙不可及。美國(guó)宇航局從事這方面研究的科學(xué)家目前比較傾向于科幻愛(ài)好者提出的方案，他們希望軌道索連接在地球上一個(gè)25公里高的高塔上，目前人類還從來(lái)沒(méi)有建造過(guò)這么高的建筑物，不過(guò)這些科學(xué)家相信依靠現(xiàn)有的材料和工程機(jī)械能夠完成這樣的建造工程。

在空間旅行即將到站的時(shí)候，旅客一定要把自己的身體固定好，否則，空間失重環(huán)境很可能把人推向無(wú)邊無(wú)際的太空中一去不返。(電腦設(shè)計(jì)圖)
占領(lǐng)太空有利武器

　　太空電梯將使人類能夠更加方便地開(kāi)拓太空，而擁有太空電梯的國(guó)家則能比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手搶占更大的“空天”優(yōu)勢(shì)。

　　目前在太空電梯研究方面比較積極的是美國(guó)西雅圖太空電梯系統(tǒng)公司，他們獲得了美國(guó)宇航局57萬(wàn)美元的科研資助。該公司負(fù)責(zé)人日前透露說(shuō)，太空電梯項(xiàng)目進(jìn)展順利，他們正在進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)研發(fā)，目前電梯模型已經(jīng)完成，初步考慮太空電梯將用時(shí)下最流行的納米材料制成。公司已經(jīng)成立了由科技界名流組成的技術(shù)顧問(wèn)團(tuán)，投入約1300萬(wàn)美元進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的研究，研究重點(diǎn)是石墨納米管對(duì)太空環(huán)境的適應(yīng)度，尤其是對(duì)太空垃圾的承受力，而美國(guó)總統(tǒng)布什(專題，圖庫(kù))也在去年批準(zhǔn)了一項(xiàng)總額1100萬(wàn)美元的政府撥款以促進(jìn)這方面的研究。

　　由于該公司的積極投入，他們有望在明年底拿出太空電梯的最終設(shè)計(jì)。公司主管愛(ài)德華博士對(duì)公司目前工作的進(jìn)展表示滿意，近幾個(gè)月來(lái)，該公司與美國(guó)航空航天局等多個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了聯(lián)系，并得到了支持，同時(shí)該公司還收到了其他州的請(qǐng)求，他們?cè)敢馓峁┱T人條件，要求把太空電梯建在他們那里。歐洲一些國(guó)家，還有加拿大也提出了類似要求。目前該公司似乎是在等待最優(yōu)惠的條件以決定到底把太空電梯建造在什么地方，同時(shí)該公司甚至計(jì)劃，如果美國(guó)聯(lián)邦政府不打算提供任何經(jīng)濟(jì)支持，他們也許會(huì)考慮把地點(diǎn)選擇在國(guó)外的某個(gè)地點(diǎn)。不過(guò)，從科學(xué)的角度來(lái)看，太空電梯的基座還是在太平洋中的某個(gè)地點(diǎn)最好，要選在距離航空器路線和運(yùn)輸通道幾百里遠(yuǎn)的地方，而且要位于一個(gè)暴風(fēng)雨、閃電和巨浪較少的海域，這對(duì)于這樣一個(gè)龐然大物的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

　　愛(ài)德華說(shuō)，他完全相信建造太空電梯技術(shù)上不成問(wèn)題；現(xiàn)在最頭疼的其實(shí)是研發(fā)資金緊缺。雖然已有多家公司及私人投資者向項(xiàng)目投錢(qián)，總額有幾百萬(wàn)美元之多，但他們接觸到的多數(shù)人認(rèn)為太空電梯回報(bào)周期太長(zhǎng)，不值得投資。到目前為止，公司已籌集到約4000萬(wàn)美元資金，其中大部分將用于太空電梯的設(shè)計(jì)、制造及測(cè)試。這相對(duì)于項(xiàng)目所需的100億美元，簡(jiǎn)直是九牛一毛。

　　太空電梯的建造將使火箭作為人類往返太空與地球之間的運(yùn)載工具變得不再實(shí)用，但火箭仍有其使用價(jià)值，太空電梯只能夠用來(lái)供人類做短途的空間旅行，對(duì)于探索火星和更遠(yuǎn)的外太空來(lái)說(shuō)，火箭推進(jìn)設(shè)備仍然是不可替代的。由于太空電梯可以大規(guī)模的運(yùn)送人員和物資，可以產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，使得把1磅重量的物體送入太空中的成本由原先的10000到40000美遠(yuǎn)降低到100美元，這樣將物體送入太空的成本只是目前各種運(yùn)載工具開(kāi)銷的“零頭”，因此，一旦太空電梯問(wèn)世，屆時(shí)太空旅行也許將真正進(jìn)入大眾時(shí)代，而擁有太空電梯的國(guó)家則能比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手搶占更大的“空天”優(yōu)勢(shì)。愛(ài)德華大膽地預(yù)言說(shuō)，“未來(lái)，有可能造出10部這樣的電梯，也有可能造出延伸到月亮和火星的巨型電梯”總之，“造出第一部太空電梯的國(guó)家可能在未來(lái)100年擁有整個(gè)太空。”

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