「太空電梯」能否送人上宇宙

《完美末日》作者、物理學博士劉洋預測，隨著「太空電梯」技術的應用，會產生一個有意思的新興職業，即「太空電梯」清潔工。

隨著天宮二號的一飛衝天，近來一則名為「200年後回望天宮二號」的視頻，在網路上流傳開來。節目的最後，當太空工作艇對天宮二號進行「考古」發掘後，畫面中出現了一個宏偉的空間站，「太空電梯」網路正在快速、有序運轉……

「人造天梯」的概念，其實早在1895年就已經誕生。1979年，科幻大師克拉克進一步完善設想：「如果空間的物體能夠保持與地面的相對靜止，那麼為什麼不能從這個物體上方下一條纜索，用它把宇宙連接起來？」

國際科學界相信，這種以前只存在於科幻小說中的場景，「在21世紀將成為現實」。如此自信到底基於何種理由？在送人上天的過程中，還有哪些障礙有待破解？

首先面臨「選址」問題

一根特製的3.6萬千米長纜繩，一端固定在地球赤道或東太平洋的浮動平台上，另一端緊緊抓住半空中的衛星或空間站；一列列形似膠囊的吊廂，載著人和貨物沿著纜繩駛向太空……這就是「太空電梯」的工作場景。

科學家推斷，「太空電梯」運送一個人和行李的費用，大致相當於目前太空梭運送費用的0.25%。同時，它可以重複使用，且無需對遊客進行太多的專業訓練。這將大大節省人類探索太空的成本，讓空間站乃至外星球真正成為人類的度假勝地。

「太空電梯」本質是一座永久性的纜繩式建築，將地面與太空中的某一點連接起來，並允許運輸工具沿著這條纜繩行駛。這聽起來和我們常見的電梯確實大同小異，但難點首先在於兩個點的「選址」問題：一方面，在地球上，需要選擇合適的平台建造點。最好位於暴風雨、閃電和巨浪都較少的海域或赤道陸地區域，且應遠離飛機航線；另一方面，要保證「太空電梯」相對於地面不發生飄移，另一端則須連上與地球同步運行的航天器或平衡物。

由於引力等因素影響，目前在地球上嘗試建造「太空電梯」面臨著較大的考驗，因此有科學家提出去月球試驗的方案———從月球上空處建造垂向月球表面的「太空電梯」。

這是因為，月球的引力只有地球的1/6，並且月亮上基本沒有空氣，依靠目前科技水平製造出的合成纖維纜繩就足夠滿足強度要求。另外，月球周圍也不存在廢棄的火箭推進器、衛星及其他太空垃圾帶來的危險，從而使得這一試驗得以免除「不測風雲」。

纜繩要「結實」不要「太重」

選好了「起點」和「終點」，接下來面臨的就是纜繩問題了。

從理論上計算，「太空電梯」纜繩的材料強度，必須達到鋼鐵的180倍。只有這樣，它才算得上足夠結實，可以抵禦強風衝擊、硫酸腐蝕等。研究表明，地球上幾百米高的摩天大廈，在風力的作用下會產生幅度10米以上的左右搖擺。對於暴露在太空中的纜繩來說，承受的風力更是成千上萬噸。

同時，纜繩也不能「太重太粗」，以免因自重過大而發生斷裂。要知道，普通的鋼絲就算從9千米的高空中垂下來，也會被自己的重量所拉斷。

1991年，製造「天梯」纜繩的材料終於有了突破。它就是碳納米合成纖維，其密度只有鋼的1/6，強度卻是鋼的100倍。一根縫衣線大小的碳納米管，可以神奇般地承受一輛汽車的重力。

然而，現在的碳納米合成纖維僅能做出毫米級的實物，尚無法編織出長長的纜繩。這是因為，碳納米管「生長」過程中，高溫環境會導致催化劑很快失去活性，從而限制碳納米管的長度。同時，隨著催化劑失去活性，碳納米管的密度也急劇下降。

除了電梯自身的擾動，月球和太陽的引力作用以及太陽風的衝擊，還會使纜繩不斷搖晃。解決這一困擾，最簡單的方法是放慢「天梯」的爬升速度。但這種以穩定代替速度的做法，對於超遠距離的航天運輸或旅行來說，顯然難以接受。

防輻射和動力供應也棘手

電梯艙的防護性能，是另一個較為棘手的問題。地球外層分布著一條強度很高的輻射帶。穿越這個區域時，人們容易受到致命的輻射。

為此，有人建議在「太空電梯」外部建造一個防護層。但這會讓「太空電梯」變得笨重和複雜，從而難以克服地球引力的影響。

還有人提出，可在「太空電梯」周圍構建一層人造磁場，以此來抵禦各種危險的射線。但研究顯示，此舉會嚴重削弱「太空電梯」的升力，導致能量消耗大幅度增加。

假設這些問題有朝一日都得到解決，那麼萬事俱備只欠「東風」了。這個「東風」，就是「天梯」的動力供應。

現有的火箭發動機不是太可取，費錢費燃料，控制起來也比較複雜。電能倒是穩定，可電從何來？難道要再建一條太空輸電線？太陽能電池板提供的電能，就現有技術來看又不夠用。

有科學家想出了一個辦法———發展和利用激光技術。在電梯艙底部安裝光電池板，從地球平台發射激光，照準光電池板，從而把光能轉化為電能。

保養、維修又該怎麼辦

這樣的奇思妙想一旦成真，「太空電梯」就可以送人上天了。可是，新的麻煩又來了———保養、維修怎麼辦呢？

此時，該輪到科幻小說作者出場了。《完美末日》作者、物理學博士劉洋預測，隨著「太空電梯」技術的應用，會產生一個有意思的新興職業，即「太空電梯」清潔工。

比如，除冰就是一件非常麻煩的事。高空的水蒸氣很容易依附於「天梯」纜繩，形成微小的冰塊。早期，人們常採用電熱法進行除冰。但這種簡單粗暴的方法，日積月累會對纜繩本身造成損傷。畢竟，在加熱的情況下，碳納米管中的很多碳原子會產生錯位、空缺的情況，從而對材料整體的強度和韌性造成影響。

所以，後來逐漸淘汰了這種方法，而改為化學吸附法、電磁排斥法等非破壞性方法進行除冰作業。這些工作主要由人工智慧控制系統來完成，但也需要維護人員定期進行實地檢查。

除了不能讓水分子吸附之外，清潔工有時候還要負責「驅雲散霧」，將靠近「天梯」的雲層進行驅離。這既是除水的需要，也是為了減少閃電的威脅。

根據理論模擬的結果，在「太空電梯」近距離發生閃電的概率，大概是每13年一次。看上去概率不大，但若真被閃電擊中，「太空電梯」將遭受毀滅性的打擊。

再如，對「太空電梯」正常運行危害最大的成分是氧氣。一般來說，碳納米管被氧氣分子侵蝕的速度為每個月一微米。有鑒於此，纜繩外部通常要包裹一層抗氧化層。但是，電梯艙依附於纜繩上下運行時，轎廂與纜線的摩擦往往會造成抗氧化層的磨損。此時，清潔工又要化身檢修人員，定期檢查抗氧化層的磨損情況，並及時予以維修。

此外，隨著高度的增加，太空垃圾的分布密度隨之上升。「太空電梯」在運營時，最大的威脅來自於直徑小於10厘米的小型碎片———它們很難被單獨追蹤，而且數量龐大。唯一的方法就是，在「天梯」上分布眾多的探測裝置和推進裝置，就近發現這些小碎片，並推動纜繩及時避讓。

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