太空電梯是“跳一跳就夠得著”的美夢嗎|當前看點

目前人類空間運輸主要依靠火箭。雖然相關技術已足夠成熟，但其回收和燃料成本仍然太高。如果使用太空電梯，運輸費用會降至每公斤幾百美元。另外，如果太空電梯計劃能夠實現，人類太空旅行的成本也將降低，其中蘊含的巨大市場潛力將得到釋放。

近日，西北工業大學材料學院教授趙廷凱團隊對半導體性單壁碳納米管的可控制備進行深入研究，提出一種新的多循環生長工藝，為大規模合成高純度半導體性單壁碳納米管提供了新方法。4月15日，相關論文發表于《化學工程雜志》。

碳納米管聽來陌生，然而實際上，你可能早與它打過照面——電影《流浪地球2》里的太空電梯、《三體》中提到的納米飛刃都與它有關。

【資料圖】

想建成科幻迷們心向往之、津津樂道的太空電梯，少不了碳納米管。

太空電梯是個多少有些古老的夢。近半個世紀前，科幻巨匠阿瑟·克拉克在小說《天堂的噴泉》中描繪了太空電梯。傳說中，在很久以前，人類說著同一種語言。為了宣示自己在地球上的主宰地位，他們打算合力建造通天的巴別塔，最終未能實現。從巴別塔到太空電梯，反映出人類自古就有的、對天外世界的好奇與求索。

多年來，由于技術原因，太空電梯建設進展緩慢。事實上，和其他天馬行空的想象相比，太空電梯似乎是一個“跳一跳就夠得著”的美夢。隨著材料學等學科的進展，科幻作者頭腦里的太空電梯也許要成真了。

對建高塔的想象愈加豐滿

1895年，俄國科學家齊奧爾科夫斯基訪問巴黎期間，看到當時的世界最高塔——埃菲爾鐵塔后深受觸動，生發出修建太空電梯的設想。他當時的設想是在地球外相對靜止的軌道上修建城堡，并通過纜繩與地面連接。

隨后，幾代科幻作家與科學家對太空電梯的設計進行完善，并形成初步達成共識的方案：太空電梯分為廂體、纜繩軌道、地面地基和配重四個部分，連接地球表面和太空軌道上的衛星。科學家將地基選在地球赤道附近，是為了避免地球自轉的影響，如果在其他緯度，將無法一直保持相對靜止。為了使衛星與地球也保持相對靜止，需要將衛星放置在距地面3.6萬公里的太空軌道上。中間連接衛星與地基的纜繩既要足夠長，密度又要足夠小，同時要保證足夠的韌性。這無疑是修建太空電梯的難點所在。

那配重又是什么呢？按照設想，太空電梯會受到地球引力和遠離地面產生的離心力的影響。“太空電梯的主體是停留在同步軌道上的，類似于太空站。但纜繩不是理想化的，會受到地球引力影響。配重的作用是抵消纜繩本身的重力。”資深科幻迷、長期從事能源材料研究的華北電力大學青年教師李赫解釋說：“達到這種狀態的方式有兩種：一是讓纜繩足夠長，大概需要10萬公里；另一種方式是加配重，即在電梯上端加裝重物。這種方法能夠大大縮短纜繩長度。”

既然修建太空電梯難度如此之大，那是否還有必要修它呢？李赫給出了肯定答案：“修建太空電梯還是有必要的，主要是為了減少運輸成本。”

李赫介紹，目前人類空間運輸主要依靠火箭。雖然相關技術已足夠成熟，但其回收和燃料成本仍然太高。“火箭的運輸成本是按公斤計算的，每公斤大約6000—10000美元。這對于運輸大宗物資來說是一筆巨資。如果使用太空電梯，運輸費用會降至每公斤幾百美元。”另外，如果太空電梯計劃能夠實現，人類太空旅行的成本也將降低，其中蘊含的巨大市場潛力將得到釋放。