太空電梯：科幻小說或人類未來！

上太空很難，我們都希望有一種簡單、負擔得起的方式來飛上太空去看看我們的星球。當前，唯一的方法是成為一名宇航員或億萬富翁。但有一個概念有可能成為現實，它也可作為探索宇宙的起點，那就是太空電梯（又稱太空升降艙）。

那麼太空電梯到底是怎樣的呢？

為了理解太空電梯是怎樣把我們送入太空的，我們必須首先理解什麼是軌道。從根本上說，在軌道上就意味著會落向某物體，但運動速度快到掉不下來。如果你在地球上拋出一個球，它會在空中划出一道弧線，然後落到地面上。在太空中，重力也是讓你以此方式運動的，但是如果你橫向移動速度足夠快，地球的曲率使在你下方的地面消失，其速度與引力把你拉向它一樣快。所以，為進入地球軌道，火箭升空，然後沿橫向快速飛行。

相比之下，太空電梯利用來自地球自轉的能量以使運載物加速。想像一個孩子旋轉一個綁在一根繩子上的玩具，而有隻螞蟻在孩子的手。隨著螞蟻爬上繩子，它的運動速度越來越快。與火箭相比，用太空電梯發射運載物只需要提供上升的能量即可，高速的橫向運動是免費來自地球自轉。不過，太空電梯將毫無疑問是有史以來人類建造的最大最昂貴的單個結構。

那麼，這值得嗎？

所有這一切都歸結到成本。火箭燃燒大量的火箭燃料，只能將少量的貨物送入太空。按照目前的價格，將一公斤有效載荷送入太空的成本約為兩萬美元，將人類送入太空則平均需要130萬美元，而把你的汽車送入太空則需4000萬美元，對於國際空間站而言更是需要數十億美元。這種巨大的成本是載人航天的主要局限性之一。即使技術不斷地進步，這種花費短期內不可能比得上機票的價格。

太空電梯將能解決這個問題。在建成後，太空電梯預計將降低成本百倍至每公斤200美元。如果一個便宜的太空電梯造價是200億美元，在運送僅100萬噸貨物之後即可回本，這是接近於兩個國際空間站的重量。

那麼一個太空電梯在現實中是怎樣的呢？

一部太空電梯有四個主要組件：纜繩、錨、平衡物和升降艙。太空電梯的升降機部分是由纜繩和升降艙組成。它從地球表面延伸至外太空，升降艙就像一個傳統的電梯轎廂，它就是能沿著纜繩上下移動的艙室。錨則是位於底部，它用於別住纜繩，這裡就是升降艙的港口。最上面是平衡物，它能張起纜繩，纜繩被緊緊地系住，並從上方平衡物的張力獲得支撐。它位於地球表面3.6萬公里以上（即地球同步軌道），平衡物可能是一個太空站，這裡是所有太空任務的發射點。

但現實中我們可以建造出太空電梯嗎？

這很難說，最大的挑戰是纜繩，它需要很輕、成本低以及要比我們現在可以生產的任何材料更穩定。諸如石墨烯和金剛石納米線等理想材料也是達不到那麼高的強度。除了需要極高的強度，纜繩還必須承受大氣腐蝕、輻射以及微隕石和碎物的撞擊。

此外，升降艙需要連續爬升幾天。我們如何給升降艙供能呢？爬升需要很大的能量，升降艙需要核反應堆嗎？或者是用地面上的超級激光提供能量？

還有我們上哪去弄3.6萬公里長的纜繩原材料呢？我們是要在地球上製作好，再把它發射送入太空？還是我們在太空上製作好，然後放下來到地球上的呢？去小行星採礦可能是解決方法嗎？簡單地說，仍有一些重大技術障礙需要克服。

太空電梯並不是沒有風險的。如果纜繩斷裂，那將是毀滅性的崩塌。如果斷裂處靠近錨，平衡物施加的張力將導致整個電梯上升進入太空。如果斷裂處靠近平衡物，纜繩會掉下來，它會纏繞全球，並且在末端處遭受抽打。由此在軌道上產生的碎片可能會給未來的航天帶來嚴重的問題。如果我們在地球上建造了一部太空電梯，我們一開始就要解決這些問題。

由於這些原因，一些專家提出了先在月球上建造太空電梯，月球的引力比地球的要弱得多，所以輕而強度高又存在的材料如凱夫拉就能作為纜繩。

即使有這些挑戰，但擁有一部能運行的太空電梯，其回報將是巨大的，這可能成為人類真正邁向太空文明的第一步。也許我們永遠也建不成太空電梯，但在嘗試的過程中，我們可以學到很多。當談及探索宇宙，也不要過於幻想有著一個光輝的未來。

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