□ 騰 月 思 飛

對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)，上太空觀光最便捷的方法是什么？答案很簡(jiǎn)單，乘坐太空電梯。然而，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)看似簡(jiǎn)單的計(jì)劃卻十分不易。這是一個(gè)十分浩大的工程，投資大，技術(shù)要求高。盡管如此，日本一家公司還是迎難而上，準(zhǔn)備在40年內(nèi)建成太空電梯，每次可搭乘30名乘客升到距離地球3.6萬(wàn)千米的太空中。

從不可能到可能

建造太空電梯的設(shè)想最早是由俄羅斯著名學(xué)者、現(xiàn)代航天學(xué)奠基人之一齊奧爾科夫斯基提出的。他提出在地球靜止軌道上設(shè)置一個(gè)太空城堡，和地面用一根纜繩連接起來(lái)，成為向太空運(yùn)輸人和物的新捷徑。1970年，美國(guó)科學(xué)家羅姆·皮爾森進(jìn)一步完善了太空電梯的設(shè)想。

地球靜止軌道高度和在其上面運(yùn)行的航天器的速度，是根據(jù)地球?qū)教炱鳟a(chǎn)生的萬(wàn)有引力等于航天器運(yùn)行產(chǎn)生的離心力公式和航天器繞地球運(yùn)行一周等于24小時(shí)的公式兩者聯(lián)立求解得出的。其結(jié)果是距離地球赤道的高度為35786千米，航天器的速度為每秒3.07千米。地球只有這樣一條位于赤道面上空的軌道。由于在該軌道上的航天器以每秒7.27×10-5弧度的角速度繞地球運(yùn)行，與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，故從地面上看去，好像固定在太空中不動(dòng)一樣，因此被稱為地球靜止軌道。

建造太空電梯的碳納米管

太空電梯基地可能建在海上

正緣于地球靜止軌道的這種特殊功能，齊奧爾科夫斯基才提出在它上面設(shè)置一個(gè)太空城堡，垂放一根纜繩錨在地球赤道上，就可成為通向太空的天梯。這把梯子可以筆直地通向靜止軌道，在無(wú)外力影響時(shí)它不會(huì)彎曲，能成為通往太空的運(yùn)輸線。

1978年，著名科幻作家阿瑟·克拉克出版了科幻巨著《天堂之泉》。他設(shè)想從位于地球靜止軌道上的一顆衛(wèi)星上向下伸展出一個(gè)梯子，直達(dá)地球赤道表面，人們即可像乘坐電梯一樣到太空中去游覽觀光并運(yùn)送貨物。當(dāng)時(shí)有人問(wèn)克拉克需要多長(zhǎng)時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想，他回答道：“在大家嘲笑的50年后?！睍r(shí)間過(guò)去21年后的1999年，美國(guó)航宇局馬歇爾中心的先進(jìn)辦公室即發(fā)表了《天梯：太空的先進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施》，標(biāo)志著太空電梯將從幻想走向現(xiàn)實(shí)。

在二三十年前，科學(xué)家普遍認(rèn)為太空電梯的建設(shè)是“不可能完成”的任務(wù)。因?yàn)榘凑债?dāng)時(shí)的傳統(tǒng)材料，無(wú)論是鋼材還是合金或高分子材料，要建一個(gè)幾萬(wàn)千米高的太空電梯，這電梯的自重太驚人了，底座也大得難以想象。就算這樣的電梯不計(jì)成本地建成了，要建成拉住這樣巨大電梯的衛(wèi)星也不大可能。這個(gè)電梯的功率也大得驚人，難以找到如此巨大功率的發(fā)電機(jī)。然而，近十年來(lái)，碳納米管這種新材料的出現(xiàn)改變了科學(xué)界的傳統(tǒng)看法，不少科學(xué)家認(rèn)識(shí)到用碳納米管可以建成太空電梯，但是仍然因?yàn)槌杀締?wèn)題和技術(shù)問(wèn)題而難以實(shí)施。最近，日本研究人員鈴木勝山認(rèn)為“時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟了”，于是正式提出了建設(shè)太空電梯的計(jì)劃，并繪制了草圖。鈴木勝山構(gòu)想的太空電梯的主要材料正是碳納米管。碳納米管具有良好的物理性能，抗拉強(qiáng)度是鋼的100倍，而密度卻只有鋼的1/6。

太空電梯的傳動(dòng)部位

太空電梯規(guī)模驚人

太空電梯草圖

圓柱形的電梯客艙

2004年6月30日，在華盛頓召開(kāi)的第三屆國(guó)際天梯會(huì)議上，專家們對(duì)太空電梯這一宏偉構(gòu)想進(jìn)行了探討。時(shí)隔僅僅9個(gè)月，2005年3月23日，美國(guó)航宇局正式宣布太空電梯已成為世紀(jì)挑戰(zhàn)的首選項(xiàng)目。以研究太空電梯而著稱的西弗吉尼亞州費(fèi)爾蒙特科學(xué)研究所的布拉德·愛(ài)德華茲博士在論文中寫(xiě)道：“太空電梯可以使人類歷史實(shí)現(xiàn)跳躍性的發(fā)展。”他認(rèn)為自己構(gòu)想中的初版太空電梯可能在2019年問(wèn)世，其成本大約為70億～100億美元，與人類其他大型太空壯舉相比，這項(xiàng)費(fèi)用并非太大。

愛(ài)德華茲是這樣描述太空電梯的建造過(guò)程的：第一步，把一個(gè)攜帶太空電梯半成品的飛船或航天飛機(jī)發(fā)射到地球靜止軌道上，使其和地球同步飛行；第二步，把這個(gè)半成品的太空電梯從飛船上放下來(lái)，落到赤道海面的一個(gè)平臺(tái)上，這個(gè)平臺(tái)類似一般的海上發(fā)射衛(wèi)星的平臺(tái)；第三步，把半成品的太空電梯錨定在平臺(tái)上；第四步，用一個(gè)由激光提供能量的爬升器在這個(gè)半成品的太空電梯上上下移動(dòng)，并把更多碳納米合成纖維纜繩擰在太空電梯半成品上，進(jìn)一步完善太空電梯。整個(gè)制造過(guò)程大約需要兩年半的時(shí)間。

按照鈴木勝山的設(shè)想，太空電梯纜線全長(zhǎng)為9.6萬(wàn)千米，是地球到月球距離的四分之一。實(shí)施方法是：在距離地球赤道上空3.6萬(wàn)千米處發(fā)射一顆靜止衛(wèi)星，從上垂下一條納米材質(zhì)的電纜，然后安裝升降太空電梯。為了平衡重量，避免這顆衛(wèi)星因電梯太重被拉回地面，在其上還要架設(shè)另外一條電纜。上半部分的電纜懸浮在太空中，以緩解太空電梯承受的地球引力。電梯纜線下端固定在地球赤道表面一個(gè)預(yù)定點(diǎn)上，上端系著一個(gè)起平衡作用的鉛墜。正因?yàn)槠渖隙讼抵粋€(gè)具有一定質(zhì)量的鉛墜，在環(huán)繞地球運(yùn)行過(guò)程中能夠產(chǎn)生較大的離心力，故而使太空電梯纜線全長(zhǎng)由原本需要的14.4萬(wàn)千米縮短至9.6萬(wàn)千米，這是日本太空電梯方案的一大特點(diǎn)。電梯纜線的中間部位即距離地面3.6萬(wàn)千米處將由之前的靜止衛(wèi)星擴(kuò)建成一個(gè)空間站，站內(nèi)將建設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)施及居住空間，可供工作人員和旅客駐留。這里是普通旅行者的終點(diǎn)站，而研究人員和專家可以繼續(xù)前行，一直到纜線盡頭。空間站周邊設(shè)施將利用太陽(yáng)能發(fā)電，除供站內(nèi)及電梯用電外，還會(huì)向地面輸送電力。本來(lái)就有航天專家主張?jiān)陟o止軌道上建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電站為地面輸送電力，上述措施可以說(shuō)是一舉兩得。盡管采用了碳納米管，太空電梯的底座也不會(huì)太小，為了不占用寶貴的土地資源，太空電梯將建在荒漠或大海上。照顧到乘客的觀景需要和乘坐舒適度，太空電梯的速度初步預(yù)設(shè)為每小時(shí)200千米，大概和中國(guó)的動(dòng)車速度差不多。這樣，與時(shí)速數(shù)萬(wàn)千米的太空飛船相比，乘客們就可以慢悠悠地在太空電梯里觀景了。不過(guò)，速度一慢，旅行時(shí)間勢(shì)必加長(zhǎng)。按照200千米的平均時(shí)速，太空電梯到達(dá)3.6萬(wàn)千米的終點(diǎn)站需要7.5天，來(lái)回一趟正好半個(gè)月。如果在終點(diǎn)站逗留幾天，旅行時(shí)間就更長(zhǎng)了。

風(fēng)景隨高度而變化

一直在空中運(yùn)行，旅程會(huì)不會(huì)變得很單調(diào)呢？鈴木勝山表示，如果一直盯著窗外看可能會(huì)有些單調(diào)，畢竟太空的風(fēng)景變化不會(huì)太大，但是在不同的高度，風(fēng)景變化還是很大的。1000千米以內(nèi)的大氣層中看風(fēng)云變幻，到1000千米以外的太空中看日月星辰的變幻，那感受和在低空中完全不一樣。在終點(diǎn)站，乘客可以看到視野中比月球稍大些的地球的全貌。隨著電梯的上升，乘客還可以感受到身體越來(lái)越輕，到了終點(diǎn)站就能在電梯里自由漂浮了，這就是失重狀態(tài)。

太空電梯客艙呈圓球形

按照鈴木勝山的構(gòu)想，太空電梯將如同一座小型的太空旅館，劃分為幾個(gè)小客艙，觀景、娛樂(lè)和休息都主要在客艙內(nèi)進(jìn)行。太空電梯每次可以承載30名乘客，幾名乘客共享一個(gè)單獨(dú)的小客艙?？团摾镉卸喾N娛樂(lè)設(shè)施，以便打發(fā)較為漫長(zhǎng)的太空之旅。當(dāng)然，電梯中也有走廊，大家可以相互串門(mén)。

不要以為鈴木勝山的計(jì)劃只是紙面上的設(shè)想，他背后有實(shí)力雄厚的財(cái)團(tuán)和公司支持他的計(jì)劃。根據(jù)目前公布的方案，這部太空電梯需要建造40年，預(yù)計(jì)在2050年建成。建成后，乘坐電梯去太空的票價(jià)也不會(huì)太低，不過(guò)要比現(xiàn)在動(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)美元的私人太空游要廉價(jià)得多。鈴木勝山表示，由于現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，未來(lái)的建造成本有望比預(yù)計(jì)的低。

俯瞰太空電梯