乘坐电梯去太空

□ 腾 月 思 飞

对于普通人来说，上太空观光最便捷的方法是什么？答案很简单，乘坐太空电梯。然而，要实现这个看似简单的计划却十分不易。这是一个十分浩大的工程，投资大，技术要求高。尽管如此，日本一家公司还是迎难而上，准备在40年内建成太空电梯，每次可搭乘30名乘客升到距离地球3.6万千米的太空中。

从不可能到可能

建造太空电梯的设想最早是由俄罗斯著名学者、现代航天学奠基人之一齐奥尔科夫斯基提出的。他提出在地球静止轨道上设置一个太空城堡，和地面用一根缆绳连接起来，成为向太空运输人和物的新捷径。1970年，美国科学家罗姆·皮尔森进一步完善了太空电梯的设想。

地球静止轨道高度和在其上面运行的航天器的速度，是根据地球对航天器产生的万有引力等于航天器运行产生的离心力公式和航天器绕地球运行一周等于24小时的公式两者联立求解得出的。其结果是距离地球赤道的高度为35786千米，航天器的速度为每秒3.07千米。地球只有这样一条位于赤道面上空的轨道。由于在该轨道上的航天器以每秒7.27×10-5弧度的角速度绕地球运行，与地球自转的角速度相同，故从地面上看去，好像固定在太空中不动一样，因此被称为地球静止轨道。

建造太空电梯的碳纳米管

太空电梯基地可能建在海上

正缘于地球静止轨道的这种特殊功能，齐奥尔科夫斯基才提出在它上面设置一个太空城堡，垂放一根缆绳锚在地球赤道上，就可成为通向太空的天梯。这把梯子可以笔直地通向静止轨道，在无外力影响时它不会弯曲，能成为通往太空的运输线。

1978年，著名科幻作家阿瑟·克拉克出版了科幻巨著《天堂之泉》。他设想从位于地球静止轨道上的一颗卫星上向下伸展出一个梯子，直达地球赤道表面，人们即可像乘坐电梯一样到太空中去游览观光并运送货物。当时有人问克拉克需要多长时间才能实现这一梦想，他回答道：“在大家嘲笑的50年后。”时间过去21年后的1999年，美国航宇局马歇尔中心的先进办公室即发表了《天梯：太空的先进基础设施》，标志着太空电梯将从幻想走向现实。

在二三十年前，科学家普遍认为太空电梯的建设是“不可能完成”的任务。因为按照当时的传统材料，无论是钢材还是合金或高分子材料，要建一个几万千米高的太空电梯，这电梯的自重太惊人了，底座也大得难以想象。就算这样的电梯不计成本地建成了，要建成拉住这样巨大电梯的卫星也不大可能。这个电梯的功率也大得惊人，难以找到如此巨大功率的发电机。然而，近十年来，碳纳米管这种新材料的出现改变了科学界的传统看法，不少科学家认识到用碳纳米管可以建成太空电梯，但是仍然因为成本问题和技术问题而难以实施。最近，日本研究人员铃木胜山认为“时机已经成熟了”，于是正式提出了建设太空电梯的计划，并绘制了草图。铃木胜山构想的太空电梯的主要材料正是碳纳米管。碳纳米管具有良好的物理性能，抗拉强度是钢的100倍，而密度却只有钢的1/6。

太空电梯的传动部位

太空电梯规模惊人

太空电梯草图

圆柱形的电梯客舱

2004年6月30日，在华盛顿召开的第三届国际天梯会议上，专家们对太空电梯这一宏伟构想进行了探讨。时隔仅仅9个月，2005年3月23日，美国航宇局正式宣布太空电梯已成为世纪挑战的首选项目。以研究太空电梯而著称的西弗吉尼亚州费尔蒙特科学研究所的布拉德·爱德华兹博士在论文中写道：“太空电梯可以使人类历史实现跳跃性的发展。”他认为自己构想中的初版太空电梯可能在2019年问世，其成本大约为70亿～100亿美元，与人类其他大型太空壮举相比，这项费用并非太大。

爱德华兹是这样描述太空电梯的建造过程的：第一步，把一个携带太空电梯半成品的飞船或航天飞机发射到地球静止轨道上，使其和地球同步飞行；第二步，把这个半成品的太空电梯从飞船上放下来，落到赤道海面的一个平台上，这个平台类似一般的海上发射卫星的平台；第三步，把半成品的太空电梯锚定在平台上；第四步，用一个由激光提供能量的爬升器在这个半成品的太空电梯上上下移动，并把更多碳纳米合成纤维缆绳拧在太空电梯半成品上，进一步完善太空电梯。整个制造过程大约需要两年半的时间。

按照铃木胜山的设想，太空电梯缆线全长为9.6万千米，是地球到月球距离的四分之一。实施方法是：在距离地球赤道上空3.6万千米处发射一颗静止卫星，从上垂下一条纳米材质的电缆，然后安装升降太空电梯。为了平衡重量，避免这颗卫星因电梯太重被拉回地面，在其上还要架设另外一条电缆。上半部分的电缆悬浮在太空中，以缓解太空电梯承受的地球引力。电梯缆线下端固定在地球赤道表面一个预定点上，上端系着一个起平衡作用的铅坠。正因为其上端系着一个具有一定质量的铅坠，在环绕地球运行过程中能够产生较大的离心力，故而使太空电梯缆线全长由原本需要的14.4万千米缩短至9.6万千米，这是日本太空电梯方案的一大特点。电梯缆线的中间部位即距离地面3.6万千米处将由之前的静止卫星扩建成一个空间站，站内将建设实验设施及居住空间，可供工作人员和旅客驻留。这里是普通旅行者的终点站，而研究人员和专家可以继续前行，一直到缆线尽头。空间站周边设施将利用太阳能发电，除供站内及电梯用电外，还会向地面输送电力。本来就有航天专家主张在静止轨道上建设太阳能发电站为地面输送电力，上述措施可以说是一举两得。尽管采用了碳纳米管，太空电梯的底座也不会太小，为了不占用宝贵的土地资源，太空电梯将建在荒漠或大海上。照顾到乘客的观景需要和乘坐舒适度，太空电梯的速度初步预设为每小时200千米，大概和中国的动车速度差不多。这样，与时速数万千米的太空飞船相比，乘客们就可以慢悠悠地在太空电梯里观景了。不过，速度一慢，旅行时间势必加长。按照200千米的平均时速，太空电梯到达3.6万千米的终点站需要7.5天，来回一趟正好半个月。如果在终点站逗留几天，旅行时间就更长了。

风景随高度而变化

一直在空中运行，旅程会不会变得很单调呢？铃木胜山表示，如果一直盯着窗外看可能会有些单调，毕竟太空的风景变化不会太大，但是在不同的高度，风景变化还是很大的。1000千米以内的大气层中看风云变幻，到1000千米以外的太空中看日月星辰的变幻，那感受和在低空中完全不一样。在终点站，乘客可以看到视野中比月球稍大些的地球的全貌。随着电梯的上升，乘客还可以感受到身体越来越轻，到了终点站就能在电梯里自由漂浮了，这就是失重状态。

太空电梯客舱呈圆球形

按照铃木胜山的构想，太空电梯将如同一座小型的太空旅馆，划分为几个小客舱，观景、娱乐和休息都主要在客舱内进行。太空电梯每次可以承载30名乘客，几名乘客共享一个单独的小客舱。客舱里有多种娱乐设施，以便打发较为漫长的太空之旅。当然，电梯中也有走廊，大家可以相互串门。

不要以为铃木胜山的计划只是纸面上的设想，他背后有实力雄厚的财团和公司支持他的计划。根据目前公布的方案，这部太空电梯需要建造40年，预计在2050年建成。建成后，乘坐电梯去太空的票价也不会太低，不过要比现在动辄数千万美元的私人太空游要廉价得多。铃木胜山表示，由于现在科学技术高速发展，未来的建造成本有望比预计的低。

俯瞰太空电梯