希臘神話中曾提到一架夢(mèng)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(shuō)雅各布就是在夢(mèng)中沿著這架梯子上天取得了“圣火”。

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

　　2015年大熱的科幻小說(shuō)《三體》也曾多次提及“太空電梯”。

　　人類對(duì)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(guò)上百年的開(kāi)發(fā)與研究，這個(gè)夢(mèng)想至今仍未能實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，近年隨著新材料科學(xué)的發(fā)展，“天梯”終于開(kāi)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(wàn)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(lái)，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(duì)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(wú)法付諸實(shí)踐。

　　但齊奧爾科夫斯基的想法吸引了無(wú)數(shù)科學(xué)家的目光，英國(guó)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(guó)廣播公司(BBC)的采訪時(shí)說(shuō)：“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(yáng)系都將會(huì)成為我們的囊中之物�！�

　　的確，據(jù)國(guó)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)�，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(guò)，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(wèn)題，一架“天梯”的造價(jià)也將非常驚人。

　　1999年，受美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)資助，洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)所的布拉德利·愛(ài)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(cè)試?yán)|繩強(qiáng)度”這兩項(xiàng)賽事來(lái)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)成果。

　　但2014年，Google X的快速評(píng)估研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，目前還沒(méi)有人制造出超過(guò)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(wàn)噸的納米材料，長(zhǎng)度達(dá)到3.6萬(wàn)米以上；不過(guò)同年9月，美國(guó)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(jí)堅(jiān)固的輕型繩索來(lái)搭建太空電梯。于是，“天梯”的項(xiàng)目很快又一次引起美國(guó)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(guó)為發(fā)展航天航空事業(yè)而開(kāi)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(duì)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(lái)看，它都具備了用來(lái)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(jiǎn)單部件那樣，可以在失效之前隨時(shí)更換。

　　看看各國(guó)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(wàn)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(zhǎng)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(guó)的“月亮天梯”

　　至少需5萬(wàn)公里長(zhǎng)纜繩，一次可運(yùn)送30名乘客

　　據(jù)美國(guó)《今日宇宙》2011年7月26日?qǐng)?bào)道，美國(guó)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(mèng)想�！�

　　其設(shè)想是這樣的：用一條長(zhǎng)長(zhǎng)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(duì)位置是基本不變的這一特點(diǎn)，再?gòu)脑虑蛏瞎潭ㄩL(zhǎng)長(zhǎng)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(yáng)能或激光能沿纜繩上下運(yùn)動(dòng)；人們?cè)诘厍蛏系牡翘蔹c(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(guò)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(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)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(wàn)公里外的太空。如果搭建成功，每磅貨物運(yùn)輸成本不過(guò)數(shù)百美元。這一計(jì)劃也受到了美國(guó)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(wàn)公里長(zhǎng)

　　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(kāi)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?cè)O(shè)計(jì)的太空電梯纜線全長(zhǎng)將為地球到月球距離的1/4，約有9.6萬(wàn)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(wàn)公里的高空要花去7天時(shí)間。對(duì)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(zhǎng)的迪拜哈利法塔電梯已長(zhǎng)達(dá)800多米。而2015年8月，英國(guó)《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(wàn)米的“塔狀天梯”。該公司已獲得一項(xiàng)美國(guó)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(wàn)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(guó)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(guò)一根從太空站延伸出來(lái)的30公里長(zhǎng)的特別牢固的纜繩送回地球。纜繩重量不會(huì)超過(guò)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)》