垂直版的“千里之行，始于足下”——美国制造太空电梯伸向空中一英里

2006

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垂直版的“千里之行，始于足下”
美国制造太空电梯伸向空中一英里

February 20,2006 　　

OurSci News Staff 　　

太空电梯

　　〖北京〗尽管人们对于发射卫星、飞船等进入太空的消息似乎早已经耳熟能详，但相信对于大多数人来说，如果听到要从太空中悬垂一根“绳子”到地球建成一个太空电梯，似乎还是个天方夜谭似的“神话”。不过，研究人员们正在努力地把这一神话变成现实。而最新进展是，美国的研究人员最近成功地搭建了一个伸向空中一英里（约１．６公里）高的天梯。

　　据《新科学家》杂志１５日报道，一家名为LiftPort的美国私人公司，日前在美国亚利桑那州的沙漠，利用高强度的碳纤材料成功地搭建起了这样的一个初级太空电梯。当然，这样的电梯远非我们所习惯搭乘的那种箱式电梯，而是只有一根从空中悬垂而下的简单绳索。正是借助于这根绳索，人们希望能够构建一个通向空中的轨道，不仅能够运送一些小物品，将来还能够运送成吨的货物直至运送宇航员前往太空。

　　在今年一月进行的这次试验中，LiftPort公司的试验人员利用三个气球成功的悬垂起了一根长达一英里的利用碳纤材料等复杂工艺制成的“绳子”。虽然当绳子被悬垂在空中时看起来似乎“弱不禁风”，但实际上它是由三层碳纤复合材料夹在四层玻璃纤维材料中制作而成的。不过整根绳子似乎更像个长长的纸条——其截面并非是圆形的，而是有５厘米宽，但厚度只有大约６张普通纸那般厚。

　　该公司总裁米歇尔·莱宁说，“用这样的绳子，在这次的试验中强度已经足够了。我们花了６小时才把它悬吊起来，它就像岩石那般稳妥。”他介绍说，去年９月他们曾经进行过类似的尝试，不过那次搭建起的天梯只有３００米高，用了一个大气球悬垂而起。

　　然而尽管这次搭建的“天梯”高度是上次的５倍多，但是试验并非完全成功。按照计划，试验人员还希望能够让一个通过激光束控制的小机器人完全爬上一英里高的“天梯”，但实际上只爬到了４６０米高。莱宁说，之前测试时机器人完全攀爬成功，但实地试验时不知道为什么没有成功，目前他们还在分析原因。

　　虽然这次的实验天梯，离科学家们最终期望的通往太空的电梯还相差甚远，并没有太多的太空利用价值，但精明的商人们还是挖掘出了一些潜在的商机。在绳子与气球中间的连接处，LiftPort公司设计了一个小平台，被命名为“ＨＡＬＥ（高海拔长期耐久装置的英文首字母缩写）”。公司希望，能开放这个平台出售给游人攀爬至此进行高空游览，或者是出售用于承载通讯设备等目的。

　　据悉，LiftPort公司还计划在今年３月时，在犹他州建立一个“ＨＡＬＥ”平台，并延续试验三周的时间。而莱宁还透露，接下来他希望建造一个２英里长的“天梯”，并让小机器人至少能爬上一半高。

　　实际上，“天梯”梦不仅仅只是一个异想天开般的奇思妙想，而是一个已经经过许多科学家为之反复论证研究了长达半个世纪的创意。

　　上个世纪６０年代，一位俄罗斯专家首先提出了这一大胆设想，并很快得到了其他航天科学家的进一步论证。１９７９年，著名太空科幻小说作家阿瑟·Ｃ·克拉克根据该设想写出了《天堂的流泉》一书。在这部小说中，一些工程师利用最先进的材料建成了一个太空电梯，电梯站设在位于地球赤道上的一个小岛上。太空电梯的构想，由此而广为流传开来。不过之后，“天梯”梦又一度黯淡下来，因为要美梦成真，有太多的困难。其中最为关键的，就是缺乏有超高强度的材料来建造如此之长的太空电梯。

　　十多年过去，一项最初由日本科学家获得的发明，使太空电梯梦又柳暗花明起来。科学家发明了一种叫做“碳纳米管”的碳纤材料，其重量仅为现在钢材的1／6，但其韧度要比钢材高出几百倍。试验表明，这种材料的强度已足够用来建造太空天梯。而经过不断的研究改进，目前超微型碳纳米管的硬度已经可与钻石媲美，并可以弯曲而编织起来。从理论上讲，1米宽、如纸般薄的纳米管织物便足以负载太空“电梯”了。虽然直至近几年来看，这种材料的生产成本依然实在太高，而且似乎也不可能如此大规模地利用，但这种材料毕竟为建造太空电梯解决了最主要的材料问题。

　　不过除此之外，科学家面临的难题依然不少。例如我们还需要在地球上建立一个比目前最高的电视塔还高出几倍的地面塔站。最早用来把电缆送入太空的卫星需要对电缆提供足够的拉力，这样第一辆升降机才能爬上太空。而后卫星和升降机的数目将次第增加，以保持平衡。

　　然而当难题一个个具体化之后，答案也就逐渐清晰起来。

　　２００３年９月，来自世界各地的７０多名科学家与工程师聚会在美国的圣特菲，专门研究怎样利用建构在垂直轨道上的太空电梯，将卫星、飞船乃至人送到几千公里外的星际空间。会上，专家们提出了构造太空电梯的具体设想。

　　根据计划，太空电梯计划的核心是搭建一条最长可达６２０００英里（约１０万公里）起始于地表的太空轨道，地球端为轨道移动基站，而另一端则附着在沿轨道运行的飞行物中。这一随地球同步飞行的飞行物发挥平衡力，用以使轨道绷紧，使太空电梯垂直起降。建电梯之初需要发射一枚地球同步卫星装置进入太空，该装置携带轨道缆绳。受重一端抛回地球，另一段轨道缆绳抛向太空，随后电梯沿轨道运行，将卫星、太空探测器最终是人类游客带入太空。

　　美国宇航局也加入了上述计划的构想之列，并将太空电梯项目正式列入了美国宇航局前瞻性独立智囊机构“先进理念研究所”的挑战项目。２００４年，由美国宇航局以及美国国会资助的西弗吉尼亚费尔蒙特科学研究所太空电梯计划小组组长爱德华兹介绍说，他预测太空电梯的雏形将在１５年内启用，并估计该项目将耗资１００亿美元。

　　莱宁介绍说，他们的研究正是美国宇航局上述项目的一部分。“这只是婴儿的蹒跚一步，但是整个计划的一部分。”

　　莱宁同时还是位于加利福尼亚的“朝向太空基金会”董事会成员，该基金会和ＮＡＳＡ合作开展了两项有关太空电梯的竞赛：一项是关于制造绳索的竞赛，另外一项是光束能源控制竞赛。他说，共有１９支队伍参加光束能源控制攀爬比赛，３支队伍参加了绳索研究制造比赛，目前的初步设计需要测试在轻重量物体借助天梯攀爬能力，以及绳索的承受变形性质。

　　“朝向太空基金会”的创办人本·施赖夫表示，希望比赛能够引发兴趣并且激励创新。他很高兴听到LiftPort公司的试验取得一定的成功，“一千英里的路程，也得从简单的第一步开始的。”

References:

　　1. Space-elevator tether climbs a mile high ,New Scientist |Story|

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收录时间：2006.2.20
作者：春上莱茵早
编辑：春上莱茵早
来源：三思编译

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