前沿 | 做了上百年的太空电梯梦，何时能变成现实？

太空电梯从100多年前齐奥尔科夫斯基提出的最初概念，到1960年阿尔楚塔诺夫提出的可能实施的具体方案，使科学家意识到了太空电梯的优势，简而言之就是一种低成本进入太空的方式。

目前，人类离开地球主要依赖火箭。而火箭的成本太高，而且不环保。相对而言，太空电梯能大大降低成本，并且不会产生宇宙垃圾，许多国家的科学家都对其充满兴趣，如中国、美国、俄罗斯和日本等国，尤其日本是最早最积极的国家。

早在10多年前，日本就组建了“日本太空电梯协会”。三十多年前的1991年1月，日本NEC实验室的物理学家饭岛澄男在碳纤维中发现了碳纳米管，这个重大发现令人看到了太空电梯从科幻变为现实的曙光。

不过，碳钠米管虽由自然生成，但又不符合自然规律，所以被称作超自然材料。以目前的科学技术，这种材料无法量产，它是一种分子结构材料，理论上需要一个分子一个分子的连接起来，那么建造一个太空电梯，至少要连接十万公里，似乎又太难了。可是，日本却依然在不断地推进之中，

之前，日本太空电梯协会提出了一种“混合式太空电梯”的方法，这意味着同时开发一个从地面建造的概念，以及一个在太空建造的概念。精密机械工程系正在推进从地面建造爬升器的开发，同时也在协助对于外层空间建造电梯的研究。

特别值得一提的是，2012年2月，拥有130年历史、尤其擅长建高塔的日本建筑公司大林组，宣布以100亿美元（远少于国际空间站或航天飞机计划的投资）建设空间电梯，时速200公里，单程需要7天，预计2050年落成，将太空电梯变为现实。

2018年09月，大林组和日本静冈大学工学部的科研团队合作开发了空间系留自主机器人卫星——迷你太空电梯（STARS-Me），将视天气情况进行实验。负责研发的日本静冈大学教授能见公博表示，这项实验安排在国际空间站进行，研究人员用一段10米长的钢制缆绳，连接2颗边长为10厘米的小型立方体卫星，以此测试太空电梯模型的可行性。

当然啦，中国也不甘落后。

2018年5月18日，清华大学网站上透露，该校研究团队已经研发出超强纤维。清华大学化工系魏飞教授团队与清华大学航天航空学院李喜德教授团队合作，在超强碳纳米管纤维领域取得重大突破，在世界上首次报道了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束，其拉伸强度超越了目前发现的所有其他纤维材料，相关成果以《拉伸强度超过80GPa的碳纳米管管束》为题，于2018年5月14日在线发表于纳米领域国际顶级学术期刊《自然·纳米技术》上。

清华大学的研究团队表示，这种超强纤维是以碳纳米管为原料研制的，其新材质空前坚韧，而且纳米碳管的伸展度是其他材质的9到45倍，无论是运动器材、弹道装甲、航空，甚至是太空电梯等高端领域都有巨大的需求，同时已经对相关技术申请了专利。

他们特别强调，这种新材质足以制造通往太空的天梯，只需1立方公分纳米碳管制造的超强纤维，就能承受160头大象的重量（或者超过800吨的重量），而这小小的一块纤维，仅仅只有1.6克重，可想而知它的强度有多大。在某种程度上来说，这是一项史无前例的重大突破，显然比饭岛澄男发明的碳纳米管更胜一筹。

此外，中国专家认为超强纤维技术在军事领域，同样有发展前途。比如，利用质量强韧的碳纳米管制成超快飞轮，使其能够迅速旋转，为机械电池存储庞大的能量。再比如电磁炮或雷射炮等新武器，都需要高效的能量与供应系统，而碳纳米管技术刚好提供了对策。

尽管打造地球通往太空的电梯听上去很科幻，但这种构想已然超过1个世纪。近几十年来，科学家已经提出了各式各样的设计，其中一种就是送大型卫星上地球静止轨道、把缆绳垂放到地面固定后，接着在相反方向另置一条缆绳。不过这些缆绳至少要能承受7吉帕斯卡的抗拉强度，美国曾经出资200万美元向全球募集这类材料，却并未如愿所偿。

如今，清华大学团队表示，他们研制的碳纳米管抗拉强度高达80吉帕斯卡，也就是说多年后可能中国将完成这一壮举。目前，中俄两国太空科学家正在携手合作，设法找出安全有效的方式，从太空轨道将碳纳米管缆绳放到地面，幻想中的“太空电梯”可能会在不久的将来成为现实。

真希望在有生之年可以登上太空电梯来场太空旅行！

（作者系加拿大某国际财团风险管理资深顾问，科幻作家）

来源：科普时报

作者：陈思进

编辑：吴桐

审核：王飞

终审：陈磊

图源：视觉中国

<公众号ID：kepuing>