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（来源：电脑报少年派）
坐着电梯就能直达3.6万千米的同步轨道，航天成本降到原来百分之一——太空电梯是人类最疯狂的航天计划之一。当清华研究出拉伸强度80GPa碳纳米管后，这项疯狂的设想还卡在哪里？
01
科幻作品里的太空电梯
人类想靠“搭梯子”上天，这念头可不是编剧拍脑袋想出来的。
1895年，苏联科学家齐奥尔科夫斯基（人称“宇宙航行之父”）受埃菲尔铁塔启发，修一座几万千米高的铁塔，就能坐电梯上太空了。
后来又有很多科学家和科幻作家把这个想法补完。1978年，阿瑟·克拉克在《天堂的喷泉》里描述，密封舱像高铁一样沿着管道跑，时速几百公里，下降时还能发电回血。到了刘慈欣的《流浪地球》：全长9.1万千米的超级缆绳，在3.6万千米处是方舟空间站，剩下的缆绳其实是个大摆锤，靠离心力把整条绳子绷得笔直……
但真正的难题是制造出完美的碳纳米管——这是目前唯一可能的缆绳材料。
02
材料困局
如果把一根钢缆从天上往下放，那么不到20千米，它就会被自己的体重生生拉断。制造防弹衣的凯夫拉能放300千米。目前最强的量产碳纤维，极限是450千米，而太空电梯需要9.1万千米！
在1991年之前，太空电梯只能算“科幻”——材料学家翻遍元素周期表也找不到合适的材料，直到碳纳米管出现。
碳原子排成六边形蜂巢，卷成一根直径只有几纳米的空心圆管。它的拉伸强度是钢铁的100倍以上，密度仅有钢的六分之一，一根3毫米粗的纤维就能吊起40多吨重物。
清华研发的80GPa碳纳米管束纤维，强度已经越过建造太空电梯的门槛，这是天大的好消息。但实验室现在只能造出米级长度的碳纳米管。想要造出“亿米级”的天梯还需要克服材料抗疲劳、纳米焊接、高纯生长等多项难关。
碳纳米管
03
会跑的岛
除材料外，建造太空天梯还面临诸多挑战：升降舱到达顶点需要数天，能量从何而来？缆绳在轨道上的动力学稳定、空间碎片撞击、原子氧侵蚀……无一不是世界级难题。
各种威胁
把太空电梯连在一个会移动的海上平台上，平台的锚地选在赤道附近的太平洋上，只有在赤道上才能保证稳定指向。这片海域位于厄瓜多尔以西大约 1500 公里的海面，这里是气象学的福地，无雷暴、少云层。更妙的是，平台可以移动——如果发现远处有风暴酝酿，平台能在几小时内挪位置避险。
头号杀手太空碎片，毫米级陨石就能划伤缆绳，厘米级碎片能直接撞断。在碎片最密集的 500—1700 千米高度，把缆绳加宽一倍做成弧形，这样更防撞。在地面建雷达监测网，发现“飞来横祸”就提前让平台跑路。
低空的强风和闪电同样致命，强风能吹断细缆，闪电能直接熔断。解决方案简单粗暴：既然打不过，那就躲。选址在无风无雷海域，再配合移动平台走位，让强风和雷暴追不上。
在100千米的高空，还有原子氧腐蚀这个隐形杀手，解决方案是给缆绳镀上保护膜。还需要防辐射涂层和安装阻尼系统来对抗辐射和震动。
碎片、风暴、闪电、腐蚀、辐射、震动——这些风险都有办法解决，对工程师来说都不是“致命威胁”。
估计要到二三十年才能解决这些问题，开建太空电梯。
04
从太空搭桥
就算材料齐了，怎么建造天梯呢？
先用火箭把一根9.1万千米长、厚1微米，总重20吨的绳索送到3.6万千米的同步轨道，这根绳索地面端宽5厘米、中间3.6万千米最宽处11.5厘米（这里受力最大）。航天器把这根细线的两端分别向地球和太空慢慢释放，直到地面上的平台抓住这根“风筝线”，太空端则成为平衡配重，这样第一根“天索”就架好了。
但这根细线只能承受约1.2吨的拉力，接下来要派出爬升器。它像个机械蜘蛛，靠滚轮夹住缆绳往上爬。一边爬一边把新的碳纳米管粘到第一根“天索”上，让它变厚变强。207台爬升器连续工作2.3年，才能把一根绳索加固到能承重20吨。有了第一根后，新建一根天索只要7个月。
爬升器齿轮结构
爬升器的能量从哪来？电线和化学燃料都不行。需要在地面建大功率激光站，把能量精准射到爬升器底部的光电池上，转化成电能驱动电机。
激光传输能源
轿厢的速度能达到几十到几百米/秒，到达空间站只需2～10天。
05
开发太空
建造第一条运力20吨的太空电梯，预计成本约400亿美元，建第二条则只需140亿美元。对比总计1500亿美元的国际空间站和2000亿美元（按通胀折算）的美国载人登月计划，太空电梯真是物美价廉。
一旦建成，太空运费降低95%，普通人都能上太空。届时，太空旅游、轨道工厂、大型空间站建设，甚至火星殖民，都会变成“常规业务”。
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