引言

	天梯探秘

1981年4月12日，美国“哥伦比亚号”宇宙飞船在佛罗里达州的肯尼迪航天中心起飞，开始了首次宇宙飞船太空行动，实现了人类梦想的可重复使用的太空船。此后，美国国家航空航天局（NASA）又发起了100多次太空行动，但太空行动的成本几乎分­毫未减。不论是宇宙飞船还是不可重复使用的俄罗斯太空船，发射费用都在22,000美元/公斤左右。

正在研发的新型太空运输系统可以使地球同步轨道（GEO）之行变成寻常事，并能够使全球经济大为改观。

太空电梯公司供图 此概念艺术图中所示的升降机采用激光束推进，能够将重达13吨的货物载入太空。

由碳纳米管合成缆绳制成的天梯一端锚定在海上平台上，另一端则延伸至距地面约100,000公里的一个小型平衡站上。这样，挂在这根缆绳上的机械升降机就可以沿着缆绳上升，将货物和人载入太空，采用这种方法，运载成本仅约220到880美元/公斤。

在本文中，我们将了解天梯这一想法是如何从科幻小说中走入现实的。

空中缆绳
为了更好地理解天梯的概念，可以想一下绳球游戏，玩这种游戏时，将绳子的一端系在一个立柱上，另一端系在一个球上。如果拿这种游戏做一个类比，那么绳子就是碳纳米管合成缆绳，立柱就是地球，这个球就是平衡站。现在，设想使这个球永不停息地绕立柱旋转，并且旋转的速度非常快，从而使绳子拉得很紧。这就是天梯的大致原理。平衡站绕地球旋转，从而使缆绳保持拉直状态，这样机械升降机就可以顺着缆绳上下升降。

太空电梯公司供图 天梯末端的平衡站将使碳纳米管缆绳保持拉紧状态。

按照太空电梯公司提出的设计方案，天梯的高度大约为100,000公里。太空电梯公司是筹划天梯或天梯部件计划的几家公司之一。2006年10月，世界各地的众多团队云集美国新墨西哥州的拉斯克鲁塞斯，角逐奖额为40万美元的“天梯比赛”X奖头奖。

天梯的核心部件将是碳纳米管合成缆绳，它只有几厘米宽，几乎只有一张纸那么厚。碳纳米管发现于1991年，它的发现使科学家认为天梯是能够建成的。Spaceward Foundation的布拉德利·爱德华兹（Bradley Edwards）博士称，“以前，找到合适的材料难度太大了。但现在，我们离实现这一目标越来越近，因为在制造碳纳米管和有效的拉丝机方面都取得了进展，这种拉丝机能将制作伸向太空的缆绳所需的材料拉得足够长。”[参考]。

太空电梯公司供图 按照早期的一些计划，剩余的建筑材料将用来制作平衡站。

碳纳米管在强度上可能会比钢高100倍，但却像塑料一样柔韧。碳纳米管之所以会有如此高的强度，是因为它们具有类似于足球的独特结构。一旦科学家们能够用碳纳米管制成纤维，那么就有可能制作出形成天梯缆绳所需的细丝。以前考虑的材料要么是强度不够，要么是不够柔韧，无法制成缆绳，而且易断。

太空电梯公司的研究主管汤姆·纽金特（Tom Nugent）说，“这种材料具有非常高的弹性模量，并且它们的抗张强度也非常高，而且，理论上使天梯相对容易建造的所有材料特性，这种材料都具备了。”

有两种方法可以制作缆绳：

• 用数米或更长的长碳纳米管编成类似绳子的结构。截至2005年，最长的纳米管也只有几厘米长。
• 可以将较短的纳米管置入到聚合物基中。目前的聚合物与碳纳米管之间结合得不够紧密，因而在拉紧时会将基质拉离碳纳米管。

一旦制作出长碳纳米管缆绳，就会将它缠成一个轴状物发射到轨道中。当太空船载着这个轴状物飞至特定高度（可能是近地轨道）时，它就会开始将这个轴状物散开，使缆绳落回到地球上。同时，这个轴状物会继续向上运动到更高的高度。当缆绳落入地球的大气层时，就会有相应的装置捕捉到它并使它继续下落，最后将它锚定到海洋中的一个移动平台上。

这条缆绳有点像铁轨，将用作进入太空的航线。这样，就可以用机械升降机顺着这条缆绳上升到太空中。

相比之下，天梯有多长一旦建成，这条缆绳将代表着现代世界奇迹，并成为最高的建筑物。考虑一下，2005年世界上最高的独立塔是加拿大国家电视塔（CN Tower），它坐落于加拿大的多伦多市，高度为553.34米。天梯将比加拿大国家电视塔高180,720倍！ 长达100,000公里的天梯将远远高于宇宙飞船的平均轨道高度（185-643公里）。事实上，它的长度差不多是月球与地球距离的四分之一，月球是在距地球382,500公里的轨道上绕地球旋转的。