流浪地球中的太空电梯、这方面的研究现状如何？

随着《流浪地球2》的震撼登场，给无数科幻迷带来了一场视觉盛宴。在《流浪地球2》中，最为抢眼的是行星发动机、智能量子计算机、太空电梯等“硬核科技”元素让观众拍案叫绝，直呼过瘾。很多朋友在观看《流浪地球2》时，都被太空电梯的场景给震撼住了。太空电梯的设定可以说非常具有想象力，这不禁让我们提出一个设想，太空电梯在未来是否会成为现实呢？但有朋友却说，太空电梯是电影的一个巨大“硬伤”，因为它在物理上不可能实现。果真如此吗？我们就来聊一聊太空电梯。

1 .太空电梯从何而来

太空电梯的概念最早由俄国科学家、康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在20世纪初提出，这个设想，其实很朴素：他提议在地面上建设一座超高的铁塔，一直建到地球同步轨道为止，在铁塔内架设电梯，于是我们便可以搭着电梯进入外太空。1965年，苏联航天技术总负责人“科罗廖夫“组织制造设计局开始为第一个太空绳索设备做准备，打算用一条钢缆将联盟号宇宙飞船与运载火箭的末级进行连接。不幸的是，这一工程在科罗廖夫去世后就被中止。1979年，著名科幻大师克拉克在其小说《天堂喷泉》再次提出太空电梯的概念，并引起了广泛注意，因为它具有理论基础和科学依据，但存在一系列非常复杂的工程学问题，最大的挑战在于没有人能造出数万千米长的超强缆绳。地球同步轨道距离我们有35786千米，目前世界上最高的建筑，仅为828米。这样一看，似乎太空电梯是没戏了？然而这样的困难没有难倒我们的科学家。建造一座直达外太空的电梯，最重要的就是需要提供绳索轨道，既然从地面向上建造不现实，那我们能不能从太空中"扔"下绳索，也就是说，我们可以先发射一颗地球同步卫星，然后从卫星上伸出绳索"垂"到地面上，在地面一端固定，形成太空电梯的运行轨道。正是这样的逆向思维，使得太空电梯显得不那么镜花水月，如今的太空电梯计划，都是基于这个模型。

2. 太空电梯能变成现实？

在众多太空电梯计划中，尤其受人瞩目的，是大林组在2012年宣布的太空电梯计划。然而，距离计划启动已经过去了十年之久，前景似乎不容乐观，就连大林组公司内部，一直参与太空电梯研发的高级工程师都坦言：这个项目越是尝试，就越是困难。其次美国航空航天局和欧洲航天局等著名航天机构都参与到了太空电梯合作中，但令科学家们最头疼的是研发资金短缺。这一项目现已被搁置。如果我们不考虑一切外部因素，太空电梯主要由四部分构成：基座、缆索、电梯舱和动力系统。基座是太空电梯在地面上的基础结构。基座必须选在地球赤道地区，可以建在陆上，如高山顶上或高塔尖上；也能建在海上，像一个巨大的港口。电梯舱是乘坐人员和承载货物的部位，功能跟传统电梯一样，但原理和结构不同。电梯舱虽然也是沿着缆索向上爬，但从天上垂下一根超长的绳子来将电梯舱吊上去是不太可能的，它要“自己想办法”爬上去。最简单的方法是在电梯舱上装马达，带动夹着缆索的一组轮子转动，从而取得向上的拉动力。其上升动力有多种方案，可采用太阳能、核能和电磁场等。缆索是太空电梯的关键技术和设备。制造缆索的材料必须有很高的拉伸强度和质量比。

前面三个似乎很容易理解，然而到目前为止我们没有这种缆索。目前碳纳米管是人类能造出来的最坚固材料，它的密度仅为钢铁的四分之一，抗拉强度却是后者的100倍，看起来应该是制造太空缆索的理想材料。然而，我们探索太空电梯的道路，注定崎岖不平。由于制备工艺的限制，实际能够制备出的碳纳米管长度只有几毫米，且存在大量结构缺陷。虽然后来清华大学魏飞教授团队，将碳纳米管的催化剂活性概率提高到99.5%以上后，成功制备出了单根长度超过半米，且具有完美结构的碳纳米管。现在他们正在研制长度在千米级以上的碳纳米管。我们的太空天梯，似乎，迎来了一线曙光！

也许我们已经意识到了，刚刚讨论的都是最简单的物理模型，一旦真的要考虑项目建设，就需要解决很多的实际问题。太空电梯将面临从低空到高空全方位的威胁：雨水风沙盐雾会侵蚀缆索；大气流动会对缆索施加横向拉力，使它弯曲、振颤；电梯轿厢高速上下运动会造成缆索表面快速磨损；在中低轨道运行的所有航天器，只要其轨道穿越地球赤道，理论上都可能与太空电梯的缆索发生高速碰撞；数以百万计的太空垃圾更是无法控制又躲不开，碳纳米缆索有很好的抗拉强度，但在抗氧化方面确实惨不忍睹，提高缆绳耐久性方面的研究，显然又是困难重重，当然，除了耐久性问题以外，还有一大堆难题，在等待着我们去解决。例如，如何保证电梯厢体有足够的动力支持，可以一直从地面升到太空站?如果升到一半的时候，太空电梯的动力系统突然失灵，简直就是高空求生惊悚片现场，想想都不寒而栗。真可谓验证了那句话：太空电梯，越是尝试，越是困难。这个时候，很多人很可能要问，既然建造太空电梯这么困难，那为什么我们还一直执着于这看似不可能的设想呢？因为，我们向往星辰大海。如果地球太空电梯取得突破性进展，人类就将走进大众太空旅游的新时代。太空电梯对材料等各方面提出了极为严苛的要求，巨大的技术难度，让太空电梯的建造遥不可及。但是我们相信，有那么一群人，不会放弃努力。希望在我们的有生之年，能够看到这样的天梯，拔地而起，直通云霄，实现人类大规模进入太空的宏愿!