太空电梯是“跳一跳就够得着”的美梦吗|当前看点

目前人类空间运输主要依靠火箭。虽然相关技术已足够成熟，但其回收和燃料成本仍然太高。如果使用太空电梯，运输费用会降至每公斤几百美元。另外，如果太空电梯计划能够实现，人类太空旅行的成本也将降低，其中蕴含的巨大市场潜力将得到释放。

近日，西北工业大学材料学院教授赵廷凯团队对半导体性单壁碳纳米管的可控制备进行深入研究，提出一种新的多循环生长工艺，为大规模合成高纯度半导体性单壁碳纳米管提供了新方法。4月15日，相关论文发表于《化学工程杂志》。

碳纳米管听来陌生，然而实际上，你可能早与它打过照面——电影《流浪地球2》里的太空电梯、《三体》中提到的纳米飞刃都与它有关。

【资料图】

想建成科幻迷们心向往之、津津乐道的太空电梯，少不了碳纳米管。

太空电梯是个多少有些古老的梦。近半个世纪前，科幻巨匠阿瑟·克拉克在小说《天堂的喷泉》中描绘了太空电梯。传说中，在很久以前，人类说着同一种语言。为了宣示自己在地球上的主宰地位，他们打算合力建造通天的巴别塔，最终未能实现。从巴别塔到太空电梯，反映出人类自古就有的、对天外世界的好奇与求索。

多年来，由于技术原因，太空电梯建设进展缓慢。事实上，和其他天马行空的想象相比，太空电梯似乎是一个“跳一跳就够得着”的美梦。随着材料学等学科的进展，科幻作者头脑里的太空电梯也许要成真了。

对建高塔的想象愈加丰满

1895年，俄国科学家齐奥尔科夫斯基访问巴黎期间，看到当时的世界最高塔——埃菲尔铁塔后深受触动，生发出修建太空电梯的设想。他当时的设想是在地球外相对静止的轨道上修建城堡，并通过缆绳与地面连接。

随后，几代科幻作家与科学家对太空电梯的设计进行完善，并形成初步达成共识的方案：太空电梯分为厢体、缆绳轨道、地面地基和配重四个部分，连接地球表面和太空轨道上的卫星。科学家将地基选在地球赤道附近，是为了避免地球自转的影响，如果在其他纬度，将无法一直保持相对静止。为了使卫星与地球也保持相对静止，需要将卫星放置在距地面3.6万公里的太空轨道上。中间连接卫星与地基的缆绳既要足够长，密度又要足够小，同时要保证足够的韧性。这无疑是修建太空电梯的难点所在。

那配重又是什么呢？按照设想，太空电梯会受到地球引力和远离地面产生的离心力的影响。“太空电梯的主体是停留在同步轨道上的，类似于太空站。但缆绳不是理想化的，会受到地球引力影响。配重的作用是抵消缆绳本身的重力。”资深科幻迷、长期从事能源材料研究的华北电力大学青年教师李赫解释说：“达到这种状态的方式有两种：一是让缆绳足够长，大概需要10万公里；另一种方式是加配重，即在电梯上端加装重物。这种方法能够大大缩短缆绳长度。”

既然修建太空电梯难度如此之大，那是否还有必要修它呢？李赫给出了肯定答案：“修建太空电梯还是有必要的，主要是为了减少运输成本。”

李赫介绍，目前人类空间运输主要依靠火箭。虽然相关技术已足够成熟，但其回收和燃料成本仍然太高。“火箭的运输成本是按公斤计算的，每公斤大约6000—10000美元。这对于运输大宗物资来说是一笔巨资。如果使用太空电梯，运输费用会降至每公斤几百美元。”另外，如果太空电梯计划能够实现，人类太空旅行的成本也将降低，其中蕴含的巨大市场潜力将得到释放。