希臘神話中曾提到一架夢想中的梯子——雅各布天梯，它將人們從地面到天空的道路打通，據(jù)說雅各布就是在夢中沿著這架梯子上天取得了“圣火”。

　　我國古代有一個(gè)關(guān)于“昆侖天梯”的神話：傳說在高峻巍峨的昆侖山頂峰上，有一株大樹叫作建木。這株樹紫褐色的樹干筆直地插向藍(lán)天，在樹頂上伸出無數(shù)枝條，向四周伸展，并長著萬年常青的綠葉，開著千載不謝的花，結(jié)著永不枯落的金果。誰要是能沿著這棵大樹攀登到頂，就能進(jìn)入天庭，得道成仙。

　　2015年大熱的科幻小說《三體》也曾多次提及“太空電梯”。

　　人類對外太空的向往，從古至今都有“執(zhí)念”，一直設(shè)想著搭建“天梯”的種種可能。但經(jīng)過上百年的開發(fā)與研究，這個(gè)夢想至今仍未能實(shí)現(xiàn)。不過，近年隨著新材料科學(xué)的發(fā)展，“天梯”終于開始一步步走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

　　運(yùn)輸成本將縮減 可由每公斤2萬美元降至500美元

　　最早真正從實(shí)際操作的可能性出發(fā)提出“天梯”概念的人，應(yīng)該還是俄羅斯火箭專家齊奧爾科夫斯基。他從巴黎的埃菲爾鐵塔得到靈感，在1895年時(shí)大膽地提出，可以在環(huán)地球的一個(gè)靜止軌道上建設(shè)一個(gè)“太空城堡”，把城堡和地球表面用一根纜繩連接起來，就可以成為一架“天梯”。所謂“環(huán)地球的靜止軌道”，其實(shí)就是從地球發(fā)射的航天器在環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)，剛好與地球的自轉(zhuǎn)同步，于是它的運(yùn)行軌道就形成一個(gè)與地面相對靜止的軌道。從地面上看，該航天器就像固定在地球上空某個(gè)位置一動(dòng)不動(dòng)。

　　在當(dāng)時(shí)，齊奧爾科夫斯基的想法只能是個(gè)設(shè)想，無法付諸實(shí)踐。

　　但齊奧爾科夫斯基的想法吸引了無數(shù)科學(xué)家的目光，英國倫敦大學(xué)學(xué)院高度、空間和極端環(huán)境醫(yī)學(xué)中心創(chuàng)始人凱文·方曾在接受英國廣播公司(BBC)的采訪時(shí)說：“我能理解人們?yōu)槭裁幢惶�空電梯的概念吸引。如果我們能以廉價(jià)和安全的方式進(jìn)入太空，整個(gè)太陽系都將會(huì)成為我們的囊中之物。”

　　的確，據(jù)國際宇航科學(xué)院(IAA)報(bào)告統(tǒng)計(jì)：一旦太空電梯建立，負(fù)載進(jìn)入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元。這主要是因?yàn)椋�目前的運(yùn)載火箭上，燃料需占80%的空間，14%的空間為火箭主要結(jié)構(gòu)，其實(shí)只有6%可以載人與貨物，而且火箭的發(fā)射以及回收成本都相當(dāng)高。

　　加拿大的托特技術(shù)公司也估算過，太空電梯如果能得以應(yīng)用，航天飛機(jī)的太空飛行成本能節(jié)省大約三分之一，同時(shí)還能大大地提高人類造訪太空的頻率。

　　為此，目前全球已有數(shù)個(gè)“天梯”項(xiàng)目正在積極進(jìn)行中。

　　建造材料仍高昂 一架“天梯”恐耗資70億-100億美元

　　1991年，日本研究員意外地發(fā)現(xiàn)一種新型材料碳納米管。它具有拉伸強(qiáng)度高、抗形變力強(qiáng)等極佳的力學(xué)性能，強(qiáng)度可達(dá)到鋼鐵的100倍以上，同時(shí)它的重量又很輕，同等體積的碳納米管只有鋼鐵的幾百分之一甚至幾千分之一，直徑1毫米的碳納米繩便可以承載60噸的重量，因此它迅速被科學(xué)家們公認(rèn)為是“制作天梯的最理想材料”。然而這種材料非常昂貴，每克已價(jià)值500美元。而“天梯”的規(guī)模顯然將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人類目前能夠建造的任何一種大型建筑或工業(yè)器件，使用的材料的規(guī)模也會(huì)極大。那么，就算材料質(zhì)量已不成問題，一架“天梯”的造價(jià)也將非常驚人。

　　1999年，受美國國家航空航天局(NASA)資助，洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)所的布拉德利·愛德華茲博士制訂出“使用新型碳材料制造太空電梯”的方案，并發(fā)布了“用碳納米管材料制作太空電梯”的可行性報(bào)告。他指出，一架這樣的“天梯”成本應(yīng)為70億-100億美元，這仍然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于那些大型的太空項(xiàng)目。

　　2005年3月23日，NASA宣布太空電梯已成為“世紀(jì)挑戰(zhàn)”的首選項(xiàng)目，至今每年都會(huì)舉行“機(jī)器人攀爬纜繩”和“測試?yán)|繩強(qiáng)度”這兩項(xiàng)賽事來檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)成果。

　　但2014年，Google X的快速評估研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，目前還沒有人制造出超過一米的完美的碳納米管鏈。而保守估計(jì)，搭好一架“天梯”需要上百萬噸的納米材料，長度達(dá)到3.6萬米以上；不過同年9月，美國科學(xué)家約翰·巴丁又在《自然材料》上發(fā)表文章稱：他們研發(fā)出超細(xì)、超堅(jiān)固的納米線，比之前發(fā)現(xiàn)的碳納米管更堅(jiān)固更牢靠，可以用于制造超級堅(jiān)固的輕型繩索來搭建太空電梯。于是，“天梯”的項(xiàng)目很快又一次引起美國NASA與歐洲航天局(ESA)等研究機(jī)構(gòu)的重視。

　　新材料性能優(yōu)異 1毫米直徑細(xì)絲能吊450公斤重量

　　值得一提的是，在此進(jìn)程中，還出現(xiàn)了另一種“天梯”搭建材料——“柴隆”纖維。

　　在20世紀(jì)80年代，美國為發(fā)展航天航空事業(yè)而開發(fā)了一種復(fù)合材料用的增強(qiáng)纖維，化學(xué)成分叫作聚對苯撐苯并雙噁唑(PBO)。它具有十分優(yōu)異的力學(xué)性能和物化性能，目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于防彈衣制造中。這種超輕纖維所做的1毫米直徑的細(xì)絲就能吊起450公斤的重量，從力學(xué)、耐熱、阻燃性能等各方面來看，它都具備了用來打造“天梯”纜繩的條件。相比于碳納米繩，它在原料價(jià)格和加工成本上也低得多。所以，當(dāng)日本東洋紡公司于2004年實(shí)現(xiàn)了PBO纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，并將它命名為“柴隆”后，它也被納入了科學(xué)家們打造“天梯”的計(jì)劃中。

　　然而“柴隆”纖維有一個(gè)致命弱點(diǎn)——它降解得太快。而“天梯”的纜繩顯然不像很多電梯的簡單部件那樣，可以在失效之前隨時(shí)更換。

　　看看各國科學(xué)家們的實(shí)踐

　　不妨設(shè)想一下，如果“天梯”真的按計(jì)劃搭建成功，我們甚至可以在一日之內(nèi)往返于地球表面與離地表至少10萬公里的外太空，完成“太空一日游”。如果不算搭建成本，這一趟往返成本可能比我們現(xiàn)在乘坐一次長途客運(yùn)飛機(jī)還要便宜。那時(shí)人類文明將進(jìn)入一個(gè)全新的“太空時(shí)代”，或許這也是科學(xué)家們積極研發(fā)“天梯”的動(dòng)力之一吧。

　　美國的“月亮天梯”

　　至少需5萬公里長纜繩，一次可運(yùn)送30名乘客

　　據(jù)美國《今日宇宙》2011年7月26日報(bào)道，美國企業(yè)家邁克爾·萊恩在2003年成立了LiftPort公司，投入巨資研究從地球通往太空的“天梯”。目前他們的工作重心便是搭建從月亮到地球的“月亮天梯”。萊恩甚至宣稱：“在5年到10年內(nèi)，我們將實(shí)現(xiàn)‘月球天梯’的夢想。”

　　其設(shè)想是這樣的：用一條長長的纜繩，一端固定在地球上，另一端固定在與地球同步軌道的平衡飛行器上；而在地球和月球之間，存在若干“拉格朗日點(diǎn)”，利用它們與地球和月球的相對位置是基本不變的這一特點(diǎn)，再從月球上固定長長的纜繩，與這些點(diǎn)連接；在引力和向心加速度的相互作用下，這些纜繩都將被繃緊，成為可以運(yùn)輸?shù)穆肪�，電梯梯廂(或者可叫作太空輕軌車)可以利用太陽能或激光能沿纜繩上下運(yùn)動(dòng)；人們在地球上的登梯點(diǎn)上天梯，在到達(dá)與地球同步軌道的平衡飛行器上后，經(jīng)過轉(zhuǎn)乘，登上直達(dá)月球的電梯，就能順利到達(dá)月球了。

　　月球天梯至少需要長達(dá)5萬公里的纜繩。而在正常情況下，太空梯可以一次運(yùn)送30名乘客，在6個(gè)小時(shí)內(nèi)就能抵達(dá)10萬公里外的太空。如果搭建成功，每磅貨物運(yùn)輸成本不過數(shù)百美元。這一計(jì)劃也受到了美國宇航局的高度重視。

　　日本的“太空電梯”

　　預(yù)計(jì)于2050年完成項(xiàng)目，纜線約有9.6萬公里長

　　日本大林建設(shè)公司2012年首次提出“天梯”計(jì)劃，聲稱能在2025年開始建造一架太空電梯，預(yù)計(jì)在2050年便能完成一個(gè)完整的建造項(xiàng)目，他們設(shè)計(jì)的太空電梯纜線全長將為地球到月球距離的1/4，約有9.6萬公里。設(shè)計(jì)者稱，該“天梯”的梯廂可乘坐30人，如果以每小時(shí)200公里的速度運(yùn)行，升到3.6萬公里的高空要花去7天時(shí)間。對比之下，同樣的距離，一架太空飛船只要一個(gè)多小時(shí)就走完了。

　　加拿大的“塔狀天梯”

　　具有獨(dú)立塔狀結(jié)構(gòu)，比迪拜塔還要高出20倍

　　目前地球上運(yùn)程最長的迪拜哈利法塔電梯已長達(dá)800多米。而2015年8月，英國《每日郵報(bào)》報(bào)道稱，加拿大的托特公司正在計(jì)劃建造一個(gè)高度約兩萬米的“塔狀天梯”。該公司已獲得一項(xiàng)美國專利權(quán)，用于建造獨(dú)立塔狀結(jié)構(gòu)，可從地球表面向空中延伸至萬米。如果真的建成，這個(gè)太空塔的高度將成為“全世界上最高建筑物”，比迪拜塔還要高出20倍。

　　俄羅斯的“貨運(yùn)天梯”

　　從太空艙將纜繩送回地球，巧妙完成運(yùn)貨

　　據(jù)俄羅斯《真理報(bào)》報(bào)道，“天梯”這個(gè)設(shè)想將在最近幾年有突破性進(jìn)展。受歐洲太空署委托，俄羅斯薩馬拉太空大學(xué)的科學(xué)家一直在研究建造這種可以把許多物品從國際空間站送回地球的裝置。報(bào)道中稱，俄羅斯科學(xué)家的該研究工作已進(jìn)行到收尾階段。這部“貨運(yùn)天梯”的主要工作原理其實(shí)并不復(fù)雜，裝有貨物的太空艙將通過一根從太空站延伸出來的30公里長的特別牢固的纜繩送回地球。纜繩重量不會(huì)超過6公斤，自然需要用特別材料制成。當(dāng)其進(jìn)入大氣層后，纜繩會(huì)燃燒，貨物則接著依靠自帶氣球的托力，繼續(xù)緩緩地落向地球。據(jù)《羊城晚報(bào)》