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太空电梯能否成真

  这个春节假期,科幻电影《流浪地球2》热映。电影中连通天地的太空电梯长达9万公里,堪称视觉奇观,可以称之为“人类历史上最高的建筑物”。不少观众好奇:太空电梯能修建成功吗?普通人可以登上这样的天梯极目宇宙吗?

  事实上,太空电梯的科学构想由来已久,早在1895年,受埃菲尔铁塔启发的航天科学家齐奥尔科夫斯基就首次提出了太空电梯的概念。之后的100多年里,太空电梯的设想又不断被科学家和科幻小说家们丰富和完善。

  大体来说,太空电梯包含基座、缆绳、电梯厢、空间站四大部分。要想让电梯稳定运行,空间站与基座这两个端点需保持相对静止,这不仅要将基座建在地球赤道上,同时整个太空电梯的质心要达到距地面约3.6万公里的地球同步轨道高度,太空电梯总长可能达到9万至10万公里。电梯厢从基座始发,搭载乘客和物资,沿着数万公里长的缆绳飞向空间站。就像地球长了一根长辫子,地球自转时,缆绳一头连着地球基地,一头拴着空间站同步运行。

  现在,人类进入太空,运输工具是次抛型的火箭,用一次就报废,费用极为昂贵。将1公斤物资运到轨道高度400公里左右的国际空间站,耗费高达2.2万美元。可以说,天地运输费用是人类奔向星辰大海的一大瓶颈。太空电梯是可以往复使用的天地高速通道,一旦建成,就可以昼夜不停地运转,运输费用也将呈断崖式降低。有科学家估测,运送同等质量物资,采用太空电梯的运费将不足火箭运费的百分之一。

  太空电梯作为永久性的物流基础设施,能成为人类奔赴深空的真正太空港,将非常具有商业竞争力。从本质上来说,这将改变太空经济的游戏规则。未来,如果空间技术实现跨越式进步,足以制造出太空电梯,太空经济将随之实现爆炸式增长。届时,太空旅行将惠及普罗大众,让人们能“巡天遥看一千河”。人类还可以在月球、火星等其他星球上建造太空电梯,实现不同太空港之间频繁的人员和物资交流。

  不过,太空电梯修建的最大难题是目前还造不出那几条长长的缆绳。有人曾测算,如果采用钢铁材质的绳索,不到9公里就会拉断。有科学家寄希望于碳纳米管,这种超强纤维的单位质量拉伸强度是钢铁的276倍,理论上可以担当重任。目前世界上最长的单根碳纳米管超过半米,由清华大学魏飞教授团队制备,于2013年发表论文。但实验室制备出的半米量级碳纳米管距离数万公里长的太空电梯缆绳,显然还有相当长的科研攻关之路要走。

  除了缆绳材料让人犯愁,太空电梯的建造还有很多其他难点:电梯厢选择何种驱动模式?缆绳如何承受低空中的气流扰动和太空中的高能宇宙射线轰击,并有效抗摆动?遭遇太空垃圾碎片和陨石冲击时怎么闪避?

  重重难关之下,尤其是缆绳材料还远不能实现工业化制备,让一些科学家把太空电梯的预言实现日期一竿子支到20多年后的本世纪中叶。不过,由于月球引力仅为地球的六分之一,在月球建设太空电梯的难度将远远小于地球,或许未来的太空电梯会先在月球基地上完工。

  齐奥尔科夫斯基曾有一句名言:“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”期待太空电梯这个百年梦想早日成真,让走出摇篮的人类从这里启程,顺利奔向星辰大海。

  来源:经济日报

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