人類計劃在宇宙中搭建超級電梯，這個瘋狂設想能實現嗎？

想要了解太空電梯如何將我們送入太空，我們首先需要了解什麼是天體運行的「軌道」。「在軌」的基本意思是在朝某個物體墜落，但速度太快，以至於錯過了那個物體。如果你在地面上扔出一個球它會在空中飛出一條弧線，然後落到地面，太空里重力使你的運動方式和那個球基本相同，但是如果你橫向移動的速度足夠快，地球球面的形狀會讓你在被重力往回拉的同時，以同樣快的速度朝遠離它的方向飛出去。所以為了能進入繞地軌道，火箭既要能很快地向上飛，也要能很快地橫向飛行，相對的，太空電梯則能借著地球自轉的能量得到很快的運動速度。想像一個孩子，正甩著連有繩子的玩具，同時他的手上有隻螞蟻，這隻螞蟻沿著繩子向上爬。

圖一

隨著它的上升，它橫向移動的速度也越來越快。相比於火箭，使用太空電梯運送貨物。你只需要提供向上的能量。橫向運動的能量地球自傳將會直接提供給你。但毫無疑問，太空電梯將成為歷史上規模最大又最昂貴的人建築。那麼這樣做是否值得？這一切都歸結到成本問題。火箭燃燒大量的燃料，也只能運送少量貨物上太空。按目前價格計算，送1KG負荷量上太空的成本約為2萬美元。

一個平均體重的人類上太空的成本為130萬美元。一輛車需要4千萬美金。對於國際空間站來說則是數十億美金。這巨大的成本是限制人類太空旅行的一大主要障礙。即便我們的科技不斷進步，短期內，這筆費用也不會變的和機票一樣便宜，太空電梯將能解決這一問題，在其建成後，太空電梯預計將減少運輸成本到每公斤200美元，足足小了100倍。如果一個相對廉價的太空電梯造價2百億美元，我們運送1百萬噸貨物後便能回本，這也差不多就是兩個國際空間站的重量。所以現實中，太空電梯長什麼樣？

圖二

太空電梯將有四個主要組成部分，纜繩、錨、配重以及爬升器，太空電梯的「電梯」部分，有纜繩及爬升器組成。它從地球的表面延伸至太空中，爬升器類似於傳統的電梯轎廂，就是一個沿著纜繩爬升的箱子，在電梯的基部是一個錨，它把纜繩固定在地面上，這裡也會有電梯的停泊處和入口。在電梯的頂部是負責將纜繩拉起來的配重，纜繩就像一根繃緊的繩子。被頂端配重的拉力維持著，配重處在地球表面之上超過36000公里的位置，在配重的位置可能會是一個空間站，作為今後太空電梯中發射任務的基地。

圖三

但我們究竟能不能建成這樣一個東西？這很難說。其最大的挑戰是纜繩，材料必須輕盈、便宜。並且用地球上最堅硬的材質製作，有一些很有前途的材料如石墨烯和金剛石納米線，但即便是它們，強度可能也不夠，而且除了需要極高的強度，纜繩材料還必須要經受住來自大氣層的腐蝕，能抗輻射。還要能經受微小隕石和太空碎片的撞擊。此外，電梯需要數天的時間完成爬升，我們該如何為它供能？爬升器需要大量的能源來爬升。

我們是否需要一個核反應堆為太空電梯室供能？還是說我們使用高能激光束從地面向其供能？而且我們該去哪裡找這36000公里長纜繩的原料？我們是應該在地球生建造它然後發射上太空？還是應該在太空中製造它然後把它降到地面上？開採小行星能否解決這個問題？簡單地說，仍有一些重大的技術障礙需要克服而且太空電梯也並不是沒有風險，如果纜繩斷裂的話，那將十分壯觀。如果它在錨的附近斷裂由配重所施加的拉力會把整個電梯拽飛，一直飛到太空中去。

圖四

如果纜繩在配重附近斷裂，纜繩將會掉落下來，纏在地球四周，像鞭子一樣到處甩。其在軌道上產生的碎片可能會對以後太空飛行產生嚴重的影響。如果我們要在地球上建立太空電梯我們必須一次成功。出於這些原因，一些專家提出我們應首先，在月球上建造太空電梯，月球上的重力比地球脆弱很多。所以一些現有的更脆弱的材料如凱夫拉就可以用於做纜繩的材料。即使有這樣或是那樣的挑戰一個成功的太空電梯所提供的回報，將是巨大的。

這可能將成為邁向真正航天文明的第一步或許我們永遠也不會建成太空電梯。但在嘗試這樣做的過程中我們可能也學到很多很多而當我們談到宇宙探索時，我們是否也應該對未來抱有一些更宏大的夢想呢？