通往太空的电梯

随着科学技术的发展，人们的生活越来越便利，机械化的程度越来越高。只要是稍高一点的楼层都会安装电梯，电梯在城市中随处可见，节省了我们上下楼梯的时间和体力。

随着人们对太空探索需求的加大，我们经常使用运载火箭。不过，运载火箭的花销巨大，费时费力。如果在太空建造一个电梯，就会方便得多了，而且太空电梯不仅可以运输货物，说不定还可以带人类去太空观光。

实际上，早在19世纪末期，前苏联的科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基就提出了这个想法。后来，俄罗斯和美国也都对太空电梯进行了探索和研究。现在，日本的科学家们正式开始进行太空电梯的试验，并计划到2050年，实现太空电梯这一畅想。

如何建造太空电梯？

太空电梯由五部分组成：基座、缆绳、电梯舱、空间站和平衡锤。

太空电梯的建造原理其实非常简单，它结合了万有引力和圆周运动。我们小时候大概都干过这样的事，用绳子拴着一个重物（可能是石头或者沙袋），拉着绳子转，如果速度足够快的话，重物就不会掉下来。

建造太空电梯时，缆绳的一端连接地球赤道上的基座，有固定式（固定在地表上）和漂移式（海上大型平台或平流层中的飞行平台）两种选择。绳子的另一端是位于地球静止轨道的空间站。在地球静止轨道上，空间站的角速度和地球自转的角速度相等（与地球同步），即空间站相对地球静止;卫星所受的向心力等于地球对它的吸引力，空间站既不飞离地球，也不落回地球上，缆绳就被固定下来了。

地球静止轨道的高度是固定的，为赤道上空约3.6万千米。实际上，为了保证整条缆绳加太空站的稳定，整个体系的重心要放在地球静止轨道上，但缆绳本身具有一定的重量，所以我们要加一个重物，放在整个体系的后方，即它的位置高于空间站（地球静止轨道高度），这个重物被称为平衡锤。

虽然建造太空电梯的设想已出现了近百年，它的原理也很简单，但是却一直没有真的实现，建造的关键就在缆线身上。

建造的难题

建造长达数万千米的太空电梯缆线所用的材料必须非常轻盈、非常结实，材料成本也很便宜才行。人类技术发展至今日，能达到如此标准的材料屈指可数，最有希望的材料是碳纳米管。按照现在的技术，我们可能需要700万千克的碳纳米管来制造电梯缆线。

然而还是有两个问题：一是现在的技术无法制造出那么多的碳纳米管电缆;二是材料还不够轻。而且，缆线材料还需要面对宇宙辐射、大气腐蚀、太空垃圾等，这些都是在建造太空电梯时需要解决的问题。

另外，研究人员还需解决电梯升降的动力问题。我们无法用电提供升降舱所需的能量，因为长度的关系，整个导线电阻巨大。对此，有人提出了用激光发射助推的方法。在升降舱的底部安装太阳能板，然后在地面上用激光照射它，用激光提供能量，但是电梯升的越高，抵达的光线就越少。与此同时，太阳的光线会随着高度增加越来越强，所以，在升降舱添加一些朝上的太阳能板会更有优势。

微型电梯探路

2007年，日本设立了“太空电梯协会”，同时展开对太空电梯的研究。按照他们的设计，太空电梯的缆线长度约9.6万千米。相当于地球到月球距离的四分之一。为了达到最终的目标，研究人员开始进行阶段性的试验。

2018年9月22日，随着一声巨响，H-IIB型运载火箭（日本大型运载火箭）从地面升空，开始了为期5天的国际空间站之旅。该火箭携带了两颗边长为10厘米的小型立方体卫星，两颗卫星间通过一根10米长的钢缆连接。在缆绳上，研究人员将尝试利用电机驱动一个模拟电梯升降舱的盒子，使其在缆绳上来回移动。

當微型电梯在两颗卫星之间移动时，会向科学家提供有关钢缆受力的重要信息。该试验还将揭示电梯与钢缆之间的相互作用，这样科学家们就可以设计出更好的可乘坐电梯。通过蓝牙，微型电梯会不断向其中一颗卫星发送它的位置和电缆状况的数据，卫星再将这些数据传输给地球上的科学家。

太空物流线

如果有一天太空电梯成为现实，它将是一种比火箭便宜得多的太空运输工具。目前运载火箭总重的90%是燃料，5%是船体，最后的5%才是宇航员、卫星和其他有效的载荷。与消耗的大量燃料相比，有效的载荷太少了，火箭的效率太低。目前的行情是：每运送1千克载荷进入太空就要花费2万美元。太空电梯就不同了，升降舱可以在下降时回收上升过程所积累的能量（势能），而且可以借助太阳能提供动力。因此，它的效率远比火箭高。

现在我们在发射飞船时，火箭需要提供动力，好让飞船获得摆脱地球引力的速度。由于太空电梯是同步绕地球转动的，因此只要将飞船运送到空间站，轻轻放出，飞船就会获得摆脱地球引力的速度。太空电梯一旦建成，将有效解决火箭发射成本高的问题。

另外，据日本的研究人员介绍，他们计划设计的电梯舱可以在7.5天内以200千米/小时的速度将30名乘客运送到距地球3.5万千米的空间站。而且由于太空电梯的成本较低，普通人也可以到空间站，观看太空景色。